摘要：介紹一種輸出為115V、400Hz電源的工作原理，給出了相應(yīng)的電路原理圖及參數(shù)。

    關(guān)鍵詞：PWM調(diào)制  逆變  諧波

1 引言

    直流27V變?yōu)榻涣?15V、400Hz的逆變電源在部隊和船舶上應(yīng)用廣泛，有較大需求。針對這一情況，我們研制了800VA的單相靜態(tài)逆變電源，該電源采用直流27V輸入，可以輸出115V、400Hz的正弦波電壓。并且用3臺同樣的電源經(jīng)適當(dāng)聯(lián)接，在外圍電路控制下，可以作為一臺三相逆變電源使用。

    目前，新技術(shù)不斷出現(xiàn)，構(gòu)成DC/AC逆變的方法有很多。但考慮到具體的使用條件以及成本與可靠性，該電源采用了比較典型的兩級變換的方式，即第一級運(yùn)用DC/DC變換，將27V變換為約±130V的直流高壓，第二級運(yùn)用DC/AC變換，將直流高壓變換為交流輸出，通過反饋調(diào)節(jié)±130V的高壓直流電來保證穩(wěn)定的交流115V輸出。這樣，既簡化了電路調(diào)試和生產(chǎn)過程，質(zhì)量也容易控制，便于產(chǎn)業(yè)化。

2 主電路設(shè)計

2.1 利用DC/DC變換器實現(xiàn)穩(wěn)壓

    該變換器采用了推挽工作方式，具有效率高、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)。如圖1所示，該變換器的作用是將低壓直流電變換為高壓直流電。主變壓器T1初級接成推挽形式，次級因為電壓較高，用全橋方式進(jìn)行整流，開關(guān)管S1、S2分別用4只IRF3710并聯(lián)，有效地降低了導(dǎo)通損耗。功率MOSFET的共生二極管同時可作為開關(guān)管關(guān)斷時的交流通路，抑制開關(guān)管兩端的關(guān)斷過電壓。R2、C3、R3、C4為阻容吸收電路，可以進(jìn)一步降低MOSFET關(guān)斷時的尖峰電壓。吸收電阻選擇的原則，是在最小導(dǎo)通時間時，仍能使電容上的電壓放電完畢，而吸收電容在吸收電阻功耗許可范圍內(nèi)盡量取大。經(jīng)過實驗，本電路的吸收電阻為5Ω、5W，吸收電容為0.1μF、250VDC。

    主變壓器T1選用TDK的PQ50/50磁芯，經(jīng)過計算（公式見參考文獻(xiàn)1），本變壓器初級為2匝，次級為30匝。因為初級電流較大，采用厚度為0.5mm的薄銅片繞制，同時采用初級、次級交替繞制的方法，使漏電感、趨膚及鄰近效應(yīng)最小。

    濾波電感L1和L1＇共繞在同一個CD形的鐵心上，電感量為1.0mH。在連接上，L1和L1＇是串聯(lián)電感的形式，這樣可以提高電感量，并能確保對地輸出動態(tài)和靜態(tài)特性均較好的±130V電壓。L2和L2＇是一組輔助濾波電感。

    在實際的電路調(diào)試中，應(yīng)注意本級接阻性負(fù)載和接第二級DC/AC負(fù)載時，推挽變換器功率管的電壓波形明顯不同。在第二種情況下，功率管關(guān)斷時的尖峰電壓較小。

2.2 利用DC/AC逆變輸出正弦波

    因為本電源是輸出定頻定壓115V、400Hz電源，從系統(tǒng)的可靠性和實用性出發(fā)，采用了方波變換，加諧振濾波的方法來輸出正弦波電壓。主電路見圖2。

    S3、S4采用IRFP460，其驅(qū)動電路采用SKHI21，電路簡單可靠，SKHI21的詳細(xì)資料見參考文獻(xiàn)2。L3電感量為6.8mH，采用CD12.5×25×60的鐵心加氣隙繞成，線徑為1.65mm；為了提高鐵心的利用效率，兩個繞組共用一個鐵心，串聯(lián)而成一個電感。C7～C10為5.0μF、400VDC的MKC電容；C14～C16為5.0μF、250VDC的MKP電容；C11～C13為1μF，400VDC的MKC電容，L6和C11～C13組成串聯(lián)諧振電路，主要用于濾掉三次諧波，L6等于4.3mH。該濾波電路經(jīng)電路仿真軟件EWB5.1D進(jìn)行仿真計算，各元器件參數(shù)均做了最優(yōu)化處理，在一定負(fù)載條件下，諧波失真度可控制在4％左右。

3 控制電路設(shè)計

    控制電路由兩部分組成，一部分用于提供推挽式升壓電路的驅(qū)動信號及電流、電壓反饋控制與保護(hù)，見圖3；另一部分則為逆變電路提供驅(qū)動、保護(hù)信號，見圖4。在圖3中