新聞中心

EEPW首頁(yè) > 電源與新能源 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 一款功率穩(wěn)壓逆變電源的設(shè)計(jì)應(yīng)用

一款功率穩(wěn)壓逆變電源的設(shè)計(jì)應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2016-12-08 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)采用的長(zhǎng)延時(shí)熱脫扣試驗(yàn)方案是通過(guò)變壓器直接對(duì)斷路器施加一個(gè)電壓以獲得測(cè)試電流。在測(cè)試過(guò)程中,由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、載流電路中引線電阻變化、負(fù)載本身電阻發(fā)熱變化,使測(cè)試電流隨之變動(dòng),難以滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。本文介紹了一種功率穩(wěn)壓逆變電源,具有工作穩(wěn)定可靠、輸入功率因數(shù)高、輸出精度高、波形失真度小、效率高的優(yōu)點(diǎn)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/327969.htm

  標(biāo)稱功率300W的逆變電源,用于家庭電風(fēng)扇、電視機(jī),以及日常照明等是不成問(wèn)題的。300W逆變器,利用12V/60AH蓄電池向上述家用電器供電,一次充滿電后,可使用近5小時(shí)。不過(guò),即使蓄電池電壓充足,啟動(dòng)180立升的電冰箱仍有困難,因啟動(dòng)瞬間輸出電壓下降為不足180V而失敗。電冰箱壓縮機(jī)標(biāo)稱功率多為100W左右,實(shí)際啟動(dòng)瞬間電流可達(dá)2A以上,若欲使啟動(dòng)瞬間降壓不十分明顯,必須將輸出功率提高至600VA.如在增大輸出功率的同時(shí),采用 PWM穩(wěn)壓系統(tǒng),可使啟動(dòng)瞬間降壓幅度明顯減小。無(wú)論電風(fēng)扇還是電冰箱,應(yīng)用逆變電源供電時(shí),均應(yīng)在逆變器輸出端增設(shè)圖1中的LC濾波器,以改善波形,避免脈沖上升沿尖峰擊穿電機(jī)繞組。

  

  圖1

  采用雙極型開關(guān)管的逆變器,基極驅(qū)動(dòng)電流基本上為開關(guān)電流的1/β,因此大電流開關(guān)電路必須采用多級(jí)放大,不僅使電路復(fù)雜化,可靠性也變差而且隨著輸出功率的增大,開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電流需大于集電極電流的1/β,致使普通驅(qū)動(dòng)IC無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)。雖說(shuō)采用多級(jí)放大可以達(dá)到目的,但是波形失真卻明顯增大,從而導(dǎo)致開關(guān)管的導(dǎo)通/截止損耗也增大。目前解決大功率逆變電源及UPS的驅(qū)動(dòng)方案,大多采用MOS FET管作開關(guān)器件。

  MOSFET管的應(yīng)用

  近年來(lái),金屬氧化物絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的制造工藝飛速發(fā)展,使之漏源極耐壓(VDS)達(dá)kV以上,漏源極電流(IDS)達(dá)50A已不足為奇,因而被廣泛用于高頻功率放大和開關(guān)電路中。

  除此而外,還有雙極性三極管與MOS FET管的混合產(chǎn)品,即所謂IGBT絕緣柵雙極晶體管。顧名思義,它屬M(fèi)OS FET管作為前級(jí)、雙極性三極管作為輸出的組合器件。因此,IGBT既有絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的電壓驅(qū)動(dòng)特性,又有雙極性三極管飽合壓降小和耐壓高的輸出特性,其關(guān)斷時(shí)間達(dá)到0.4μs以下,VCEO達(dá)到1.8kV,ICM達(dá)到100A的水平,目前常用于電機(jī)變頻調(diào)速、大功率逆變器和開關(guān)電源等電路中。

  一般中功率開關(guān)電源逆變器常用MOS FET管的并聯(lián)推挽電路。MOS FET管漏-源極間導(dǎo)通電阻,具有電阻的均流特性,并聯(lián)應(yīng)用時(shí)不必外加均流電阻,漏源極直接并聯(lián)應(yīng)用即可。而柵源極并聯(lián)應(yīng)用,則每只MOS FET管必須采用單獨(dú)的柵極隔離電阻,避免各開關(guān)管柵極電容并聯(lián)形成總電容增大,導(dǎo)致充電電流增大,使驅(qū)動(dòng)電壓的建立過(guò)程被延緩,開關(guān)管導(dǎo)通損耗增大。

  MOSFET的驅(qū)動(dòng)

  近年來(lái),隨著MOSFET生產(chǎn)工藝的改進(jìn),各種開關(guān)電源、變換器都廣泛采用MOS FET管作為高頻高壓開關(guān)電路,但是,專用于驅(qū)動(dòng)MOS FET管的集成電路國(guó)內(nèi)極少見。驅(qū)動(dòng)MOSFET管的要求是,低輸出阻抗,內(nèi)設(shè)灌電流驅(qū)動(dòng)電路。所以,普通用于雙極型開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)IC不能直接用于驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管。

  目前就世界范圍來(lái)說(shuō),可直接驅(qū)動(dòng)MOSFET管的IC品種仍不多,單端驅(qū)動(dòng)器常用的是UC3842系列,而用于推挽電路雙端驅(qū)動(dòng)器有SG3525A(驅(qū)動(dòng) N溝道場(chǎng)效應(yīng)管)、SG3527A(驅(qū)動(dòng)P溝道場(chǎng)效應(yīng)管)和SG3526N(驅(qū)動(dòng)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管)。然而在開關(guān)電源快速發(fā)展的近40年中,畢竟有了一大批優(yōu)秀的、功能完善的雙端輸出驅(qū)動(dòng)IC.同時(shí)隨著MOSFET管應(yīng)用普及,又開發(fā)了不少新電路,可將其用于驅(qū)動(dòng)MOSFET管,解決MOSFET的驅(qū)動(dòng)無(wú)非包括兩個(gè)內(nèi)容:一是降低驅(qū)動(dòng)IC的輸出阻抗;二是增設(shè)MOSFET管的灌電流通路。為此,不妨回顧SG3525A、SG3527A、SG3526N以及單端驅(qū)動(dòng)器UC3842系列的驅(qū)動(dòng)級(jí)。

  

  圖2

  圖2a為上述IC的驅(qū)動(dòng)輸出電路(以其中一路輸出為例)。振蕩器的輸出脈沖經(jīng)或非門,將脈沖上升沿和下降沿輸出兩路時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖。在脈沖正程期間,Q1導(dǎo)通,Q2截止,Q1發(fā)射極輸出的正向脈沖,向開關(guān)管柵極電容充電,使漏-源極很快達(dá)到導(dǎo)通閾值。當(dāng)正程脈沖過(guò)后,若開關(guān)管柵-源極間充電電荷不能快速放完,將使漏源極驅(qū)動(dòng)脈沖不能立即截止。為此,Q1截止后,或非門立即使Q2導(dǎo)通,為柵源極電容放電提供通路。此驅(qū)動(dòng)方式中,Q1提供驅(qū)動(dòng)電流,Q2提供灌電流(即放電電流)。Q1為發(fā)射極輸出器,其本身具有極低的輸出阻抗。

  為了達(dá)到上述要求,將普通用于雙極型開關(guān)管驅(qū)動(dòng)輸出接入圖2b的外設(shè)驅(qū)動(dòng)電路,也可以滿足MOS FET管的驅(qū)動(dòng)要求。設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)雙極型開關(guān)管的集成電路,常采用雙端圖騰柱式輸出兩路脈沖,即兩路輸出脈沖極性是相同的,以驅(qū)動(dòng)推挽的兩只NPN型三極管。為了讓推挽兩管輪流導(dǎo)通,兩路驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)間次序不同。如果第一路輸出正脈沖,經(jīng)截止后,過(guò)一死區(qū)時(shí)間,第二路方開始輸出。兩路驅(qū)動(dòng)級(jí)采用雙極型三極管集射極開路輸出,以便于取得不同的脈沖極性,用于驅(qū)動(dòng)NPN型或PNP型開關(guān)管。

  前級(jí)驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)部緩沖器的發(fā)射極,在負(fù)載電阻R1上建立未倒相的正極性驅(qū)動(dòng)脈沖使三極管Q截止。在驅(qū)動(dòng)脈沖上升沿開始,正極性脈沖通過(guò)二極管D加到MOS FET開關(guān)管柵-源極,對(duì)柵源極電容CGS充電,當(dāng)充電電壓達(dá)到開關(guān)管柵極電壓閾值時(shí),其漏源極導(dǎo)通。正脈沖持續(xù)期過(guò)后,IC內(nèi)部緩沖放大器發(fā)射極電平為零,輸出端將有一定時(shí)間的死區(qū)。此時(shí),Q的發(fā)射極帶有CGS充電電壓,因而Q導(dǎo)通,CGS通過(guò)Q的ec極放電,Q的集電極電流為灌電流通路。R2為開關(guān)管的柵極電阻,目的是避免開關(guān)管的柵極在Q、D轉(zhuǎn)換過(guò)程中懸空,否則其近似無(wú)窮大的高輸入阻抗極容易被干擾電平所擊穿。采用此方式利用普通雙端輸出集成電路,驅(qū)動(dòng)MOS FET開關(guān)管,可以達(dá)到比較理想的效果。為了降低導(dǎo)通/截止損耗,D應(yīng)選用快速開關(guān)二極管。Q的集電極電流應(yīng)根據(jù)開關(guān)管決定,若為了提高輸出功率,每路輸出采用多只MOS FET管并聯(lián)應(yīng)用,則應(yīng)選擇ICM足夠大的灌流三極管和高速開關(guān)二極管。

  TL494應(yīng)用

  目前所有的雙端輸出驅(qū)動(dòng)IC中,可以說(shuō)美國(guó)德州儀器公司開發(fā)的TL494功能最完善、驅(qū)動(dòng)能力最強(qiáng),其兩路時(shí)序不同的輸出總電流為SG3525的兩倍,達(dá)到400mA.僅此一點(diǎn),使輸出功率千瓦級(jí)及以上的開關(guān)電源、DC/DC變換器、逆變器,幾乎無(wú)一例外地采用TL494.雖然TL494設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)雙極型開關(guān)管,然而目前絕大部分采用MOS FET開關(guān)管的設(shè)備,利用外設(shè)灌流電路,也廣泛采用TL494.為此,本節(jié)中將詳細(xì)介紹其功能及應(yīng)用電路。其內(nèi)部方框圖如圖3所示。其內(nèi)部電路功能、特點(diǎn)及應(yīng)用方法如下:

  A.內(nèi)置RC定時(shí)電路設(shè)定頻率的獨(dú)立鋸齒波振蕩器,其振蕩頻率fo(kHz)=1.2/R(kΩ)。C(μF),其最高振蕩頻率可達(dá)300kHz,既能驅(qū)動(dòng)雙極性開關(guān)管,增設(shè)灌電流通路后,還能驅(qū)動(dòng)MOS FET開關(guān)管。

  B.內(nèi)部設(shè)有比較器組成的死區(qū)時(shí)間控制電路,用外加電壓控制比較器的輸出電平,通過(guò)其輸出電平使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),控制兩路輸出之間的死區(qū)時(shí)間。當(dāng)?shù)?腳電平升高時(shí),死區(qū)時(shí)間增大。

  C.觸發(fā)器的兩路輸出設(shè)有控制電路,使Q1、Q2既可輸出雙端時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖,驅(qū)動(dòng)推挽開關(guān)電路和半橋開關(guān)電路,同時(shí)也可輸出同相序的單端驅(qū)動(dòng)脈沖,驅(qū)動(dòng)單端開關(guān)電路。

  D.內(nèi)部?jī)山M完全相同的誤差放大器,其同相輸入端均被引出芯片外,因此可以自由設(shè)定其基準(zhǔn)電壓,以方便用于穩(wěn)壓取樣,或利用其中一種作為過(guò)壓、過(guò)流超閾值保護(hù)。

  E.輸出驅(qū)動(dòng)電流單端達(dá)到400mA,能直接驅(qū)動(dòng)峰值電流達(dá)5A的開關(guān)電路。雙端輸出脈沖峰值為2×200mA,加入驅(qū)動(dòng)級(jí)即能驅(qū)動(dòng)近千瓦的推挽式和橋式電路。

  

  圖3

TL494的各腳功能及參數(shù)如下:第1、16腳為誤差放大器A1、A2的同相輸入端。最高輸入電壓不超過(guò)VCC+0.3V.第2、15腳為誤差放大器 A1、A2的反相輸入端。可接入誤差檢出的基準(zhǔn)電壓。第3腳為誤差放大器A1、A2的輸出端。集成電路內(nèi)部用于控制PWM比較器的同相輸入端,當(dāng)A1、 A2任一輸出電壓升高時(shí),控制PWM比較器的輸出脈寬減小。同時(shí),該輸出端還引出端外,以便與第2、15腳間接入RC頻率校正電路和直接負(fù)反饋電路,一則穩(wěn)定誤差放大器的增益,二則防止其高頻自激。另外,第3腳電壓反比于輸出脈寬,也可利用該端功能實(shí)現(xiàn)高電平保護(hù)。第4腳為死區(qū)時(shí)間控制端。當(dāng)外加1V以下的電壓時(shí),死區(qū)時(shí)間與外加電壓成正比。如果電壓超過(guò)1V,內(nèi)部比較器將關(guān)斷觸發(fā)器的輸出脈沖。第5腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容端,第6腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電阻端,一般用于驅(qū)動(dòng)雙極性三極管時(shí)需限制振蕩頻率小于40kHz.第7腳為接地端。第8、11腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器NPN管的集電極開路輸出端。當(dāng)?shù)?、11腳接Vcc,第9、10腳接入發(fā)射極負(fù)載電阻到地時(shí),兩路為正極性圖騰柱式輸出,用以驅(qū)動(dòng)各種推挽開關(guān)電路。當(dāng)?shù)?、11腳接地時(shí),兩路為同相位驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。第8、11腳和9、10腳可直接并聯(lián),雙端輸出時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流為2×200mA,并聯(lián)運(yùn)用時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流


上一頁(yè) 1 2 下一頁(yè)

關(guān)鍵詞: MOSFET管逆變電源TL49

評(píng)論


技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉