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大功率逆变器电源电路的规划进程详解

曾用过300W逆变器,利用12V/60AH蓄电池向上述家用电器供电,一次充满电后,可使用近5小时。标称功率300W的逆变电源,用于家庭电风扇、电视机,以及日常照明等是不成问题的。不过,即使蓄电池电压充

  曾用过300W逆变器,运用12V/60AH蓄电池向上述家用电器供电,一次充满电后,可运用近5小时。标称功率300W的逆变电源,用于家庭电风扇、电视机,以及日常照明等是不成问题的。不过,即便蓄电池电压足够,发动180立升的电冰箱仍有困难,因发动瞬间输出电压下降为缺乏180V而失利。电冰箱压缩机标称功率多为100W左右,实践发动瞬间电流可达2A以上,若欲使发动瞬间降压不非常显着,有必要将输出功率进步至600VA。如在增大输出功率的一起,选用PWM稳压体系,可使发动瞬间降压起伏显着减小。不管电风扇仍是电冰箱,使用逆变电源供电时,均应在逆变器输出端增设图1中的LC滤波器,以改善波形,避免脉冲上升沿尖峰击穿电机绕组。

  选用双极型开关管的逆变器,基极驱动电流基本上为开关电流的1/β,因而大电流开关电路有必要选用多级扩大,不只使电路复杂化,可靠性也变差?并且跟着输出功率的增大,开关管驱动电流需大于集电极电流的1/β,致使一般驱动IC无法直接驱动。尽管选用多级扩大能够到达意图,可是波形失真却显着增大,然后导致开关管的导通/截止损耗也增大。现在处理大功率逆变电源及UPS的驱动计划,大多选用MOS FET管作开关器材。

  MOSFET管的使用

  近年来,金属氧化物绝缘栅场效应管的制作工艺飞速开展,使之漏源极耐压(VDS)达kV以上,漏源极电流(IDS)达50A已缺乏为奇,因而被广泛用于高频功率扩大和开关电路中。

  除此而外,还有双极性三极管与MOS FET管的混合产品,即所谓IGBT绝缘栅双极晶体管。望文生义,它属MOS FET管作为前级、双极性三极管作为输出的组合器材。因而,IGBT既有绝缘栅场效应管的电压驱动特性,又有双极性三极管饱合压降小和耐压高的输出特性,其关断时刻到达0.4μs以下,VCEO到达1.8kV,ICM到达100A的水平,现在常用于电机变频调速、大功率逆变器和开关电源等电路中。

  一般中功率开关电源逆变器常用MOS FET管的并联推挽电路。MOS FET管漏-源极间导通电阻,具有电阻的均流特性,并联使用时不用外加均流电阻,漏源极直接并联使用即可。而栅源极并联使用,则每只MOS FET管有必要选用独自的栅极阻隔电阻,避免各开关管栅极电容并联构成总电容增大,导致充电电流增大,使驱动电压的树立进程被推迟,开关管导通损耗增大。

  MOSFET的驱动

  近年来,跟着MOS FET生产工艺的改善,各种开关电源、变换器都广泛选用MOS FET管作为高频高压开关电路,可是,专用于驱动MOS FET管的集成电路国内很少见。驱动MOS FET管的要求是,低输出阻抗,内设灌电流驱动电路。所以,一般用于双极型开关管的驱动IC不能直接用于驱动场效应管。

  现在就世界范围来说,可直接驱动MOS FET管的IC种类仍不多,单端驱动器常用的是UC3842系列,而用于推挽电路双端驱动器有SG3525A(驱动N沟道场效应管)、SG3527A(驱动P沟道场效应管)和SG3526N(驱动N沟道场效应管)。但是在开关电源快速开展的近40年中,究竟有了一大批优异的、功用完善的双端输出驱动IC。一起跟着MOS FET管使用遍及,又开发了不少新电路,可将其用于驱动MOS FET管,处理MOS FET的驱动无非包含两个内容:一是下降驱动IC的输出阻抗;二是增设MOS FET管的灌电流通路。为此,无妨回忆SG3525A、SG3527A、SG3526N以及单端驱动器UC3842系列的驱动级。

  图2a为上述IC的驱动输出电路(以其间一路输出为例)。振动器的输出脉冲经或非门,将脉冲上升沿和下降沿输出两路时序不同的驱动脉冲。在脉冲正程期间,Q1导通,Q2截止,Q1发射极输出的正向脉冲,向开关管栅极电容充电,使漏—源极很快到达导通阈值。当正程脉冲往后,若开关管栅—源极间充电电荷不能快速放完,将使漏源极驱动脉冲不能当即截止。为此,Q1截止后,或非门当即便Q2导通,为栅源极电容放电供给通路。此驱动办法中,Q1供给驱动电流,Q2供给灌电流(即放电电流)。Q1为发射极输出器,其自身具有极低的输出阻抗。

  为了到达上述要求,将一般用于双极型开关管驱动输出接入图2b的外设驱动电路,也能够满意MOS FET管的驱动要求。规划驱动双极型开关管的集成电路,常选用双端图腾柱式输出两路脉冲,即两路输出脉冲极性是相同的,以驱动推挽的两只NPN型三极管。为了让推挽两管轮番导通,两路驱动脉冲的时刻次第不同。假如榜首路输出正脉冲,经截止后,过一死区时刻,第二路方开端输出。两路驱动级选用双极型三极管集射极开路输出,以便于获得不同的脉冲极性,用于驱动NPN型或PNP型开关管。

  图2b中接入了PNP型三极管Q和二极管D,其作用是分别使驱动电流和灌电流分路。前级驱动IC内部缓冲器的发射极,在负载电阻R1上树立未倒相的正极性驱动脉冲使三极管Q截止。在驱动脉冲上升沿开端,正极性脉冲经过二极管D加到MOS FET开关管栅—源极,对栅源极电容CGS充电,当充电电压到达开关管栅极电压阈值时,其漏源极导通。正脉冲持续期往后,IC内部缓冲扩大器发射极电平为零,输出端将有必守时刻的死区。此刻,Q的发射极带有CGS充电电压,因而Q导通,CGS经过Q的ec极放电,Q的集电极电流为灌电流通路。R2为开关管的栅极电阻,意图是避免开关管的栅极在Q、D转化进程中悬空,不然其近似无穷大的高输入阻抗极简单被搅扰电平所击穿。选用此办法运用一般双端输出集成电路,驱动MOS FET开关管,能够到达比较抱负的作用。为了下降导通/截止损耗,D应选用快速开关二极管。Q的集电极电流应根据开关管决议,若为了进步输出功率,每路输出选用多只MOS FET管并联使用,则应挑选ICM足够大的灌流三极管和高速开关二极管。

  TL494简介

  现在一切的双端输出驱动%&&&&&%中,能够说美国德克萨斯仪器公司开发的TL494功用最完善、驱动才能最强,其两路时序不同的输出总电流为SG3525 的两倍,到达400mA。仅此一点,使输出功率千瓦级及以上的开关电源、DC/DC变换器、逆变器,简直无一例外地选用TL494。尽管TL494规划用于驱动双极型开关管,但是现在绝大部分选用MOS FET开关管的设备,运用外设灌流电路,也广泛选用TL494。为此,本节中将具体介绍其功用及使用电路。其内部方框图如图3所示。其内部电路功用、特色及使用办法如下:

  A.内置RC守时电路设定频率的独立锯齿波振动器,其振动频率fo(kHz)=1.2/R(kΩ)·C(μF),其最高振动频率可达300kHz,既能驱动双极性开关管,增设灌电流通路后,还能驱动MOS FET开关管。

  B.内部设有比较器组成的死区时刻操控电路,用外加电压操控比较器的输出电平,经过其输出电平使触发器翻转,操控两路输出之间的死区时刻。当第4脚电平升高时,死区时刻增大。

  C.触发器的两路输出设有操控电路,使Q1、Q2既可输出双端时序不同的驱动脉冲,驱动推挽开关电路和半桥开关电路,一起也可输出同相序的单端驱动脉冲,驱动单端开关电路。

  D.内部两组完全相同的差错扩大器,其同相输入端均被引出芯片外,因而能够自在设定其基准电压,以便使用于稳压取样,或运用其间一种作为过压、过流超阈值维护。

  E.输出驱动电流单端到达400mA,能直接驱动峰值电流达5A的开关电路。双端输出脉冲峰值为2×200mA,参加驱动级即能驱动近千瓦的推挽式和桥式电路。

TL494的各脚功用及参数如下:第1、16脚为差错扩大器A1、A2的同相输入端。最高输入电压不超越VCC+0.3V。第2、15脚为差错扩大器A1、A2的反相输入端。可接入差错检出的基准电压。第3脚为差错扩大器A1、A2的输出端。%&&&&&%内部用于操控PWM比较器的同相输入端,当 A1、A2任一输出电压升高时,操控PWM比较器的输出脉宽减小。一起,该输出端还引出端外,以便与第2、15脚间接入RC频率校对电路和直接负反馈电路,一则安稳差错扩大器的增益,二则避免其高频自激。别的,第3脚电压反比于输出脉宽,也可运用该端功用完成高电平维护。第4脚为死区时刻操控端。当外加 1V以下的电压时,死区时刻与外加电压成正比。假如电压超越1V,内部比较器将关断触发器的输出脉冲。第5脚为锯齿波振动器外接守时%&&&&&%端,第6脚为锯齿波振动器外接守时电阻端,一般用于驱动双极性三极管时需约束振动频率小于40kHz。第7脚为接地端。第8、11脚为两路驱动扩大器NPN管的集电极开路输出端。当第8、11脚接Vcc,第9、10脚接入发射极负载电阻到地时,两路为正极性图腾柱式输出,用以驱动各种推挽开关电路。当第8、11脚接地时,两路为同相位驱动脉冲输出。第8、11脚和9、10脚可直接并联,双端输出时最大驱动电流为2×200mA,并联运用时最大驱动电流为400mA。第14脚为内部基准电压精细稳压电路端。输出5V±0.25V的基准电压,最大负载电流为10mA。用于差错检出基准电压和操控形式的操控电压。TL494的极限参数:最高瞬间作业电压(12脚)42V,最大输出电流 250mA,最高差错输入电压Vcc+0.3V,测验/环境温度≤45℃,最大

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