模塊化逆變電源適配器的設計

 在逆變技術的進一步普及應用中,越來越多的產品?設備要求逆變電源適配器像直流電源適配器一樣模塊化,并成為該產品?設備的一部分?通常在這種場合,要求逆變電源適配器容量較小?負載單一,并要求控制其體積和成本?顯然,再采用標準逆變電源適配器的方案就不合適了,這需要仔細考慮系統方案,簡化控制,在保證性能指標的同時,減小體積,降低成本?

本節以某新型魚雷定向陀螺用的模塊化逆變電源適配器為例,介紹模塊化逆變電源適配器的設計?本例的負載特性為感性,輸出電壓有個切換過程,在要求輸出電壓固定的場合,去掉電壓切換部分即可?

該模塊電源適配器為三相400HIz逆變電源適配器,采用直流24V輸入電壓,要求輸出電壓在通電30s內變為68V,此時負載電流為3A?30s后,陀螺的啟動過程結束,要求輸出電壓無間斷地切換為36V,并提供1A負載電流,穩壓精度為2%,輸入?輸出隔離?模塊外形尺寸不大于120mm130mm×50mm?

1. 系統設計

模塊電源適配器的系統設計直接決定產品的最終性能?現采用以下方案構成SPwM型逆變器,系統框圖見圖8-16TRM相逆交橋切換圖8-16。

(1)控制方案

  模塊化逆變電源適配器的負載一般已知,其特性也不復雜,沒有進行實時計算的必要?因此,采用查表法是很合適的,將控制波形的SPWM數據事先計算出來,存入ROM中,可使控制部分得到最大程度的簡化?調節直流母線電壓可以進行輸出電壓的控制,雖然這種方式不利于三相分相控制并有一定滯后,在大容量逆變器中不常見,但在三相平衡負載場合,是完全可以滿足要求的?所以,本系統實際采用了PWM?PAM兩種控制方式?控制部分是系統的關鍵,本文將進行詳細介紹?

(2) 主電路設計

主電路需將24V直流輸入電壓變換為較高的?可調節的直流母線電壓?選擇性能優良的CDC模塊,可縮短設計周期,提高產品可靠性。

DC/DC模塊選用VICOR產品?該產品采用了ZCS/zVS(零電流/電壓開關)技術,突出優點是高效率?高功率密度?高可靠性?低電磁干擾,同時,可以利用其I/O隔離的特性實現系統的隔離?若使用兩只24V變48V?輸出功率為150W的VICOR模塊,輸入并聯,輸出串聯,可獲得96V的直流母線電壓。

檢驗功率不計各處損耗,最大輸出功率為:(68×3)W=204(W)?

  兩只模塊輸出功率可達300W,可以滿足系統要求?,

  檢驗電壓正常工作輸出36V時,若直流利用率為0.7,調制度為最大值1,則所需直流電

  壓為(36/0.7)W=51.5V?輸出68V時,若直流利用率仍為0.7,調制度為最大值1,則所需直

  流電壓為(68/0.7)W=97V?

  這是空載時所需的直流電壓,當帶重載時,因線路阻抗和系統輸出阻抗的存在,所需的直流母線電壓更高,所以必須采取措施提高直流利用率?計算SPwM數據時,可適當地過調制,并在電路中稍微加大濾波,就可達到目的?逆變橋使用MOSFET構成三相逆變全橋,濾波網絡中的電容采用三角形連接方式以加強濾波作用?

  (3)保護與控制電源適配器

  當有異常情況出現時,有兩種方法切斷輸出:一是封鎖控制數據,如選擇ROM數據全為零的空頁,此法方便快速;二是斷開直流母線電壓,此法有利于負載的安全?這里選擇后者?VICOR模塊的GATEIN端是其功率提升同步端,也是該模塊的使能端,拉低該端電壓即可關閉模塊( Is=6mA)?它以一IN端電位為基準,故檢測的過流?過壓信號均須以光耦與之隔離?

  控制部分已相當簡單,電源適配器功率很小,采用線性三端穩壓器即可?除簡便外,還有可靠?電磁干擾小的優點?固定一只模塊的輸出電壓以獲得控制電源適配器,而調節另一只來控制系統輸出電壓的幅值?