【導(dǎo)讀】電源設(shè)計首先要考慮的就是效率和可靠性。設(shè)計逆變電源考慮的則更多,很多資料只給出了部分資料,但是技巧和原理上卻是沒有講解。本文就由名家解析提升逆變電源的技巧和原理。
先從輸入回路的電解電容講起,逆變器的DC輸入電流通常很大。12V1000W的逆變器輸入電流最大可達120A以上,此時輸入端的電解電容的選擇就變得非常關(guān)鍵。如果選擇不當(dāng),就會造成炸電解電容的故障。
這里并不是指選用一個較好的電容就可以,目前真正的低等效串聯(lián)電阻與電感值的高頻電解為數(shù)不多,并且價格昂貴。所以從實用性出發(fā),目前主要靠普通電解多個并聯(lián)法來降低電容的溫升,同時注重風(fēng)道散熱設(shè)計來及時降溫。當(dāng)然,在“普通”中選好一點的品牌與品質(zhì)的電解是必需的。
下面來說說對不同負載特性適應(yīng)性問題。這里主要分成兩個方面來講。一是逆變器自身的功率余量、允許最大帶載啟動輸出電流與過流保護措施。二是對不同特性如感性、容性、負阻性等負載的適應(yīng)性。
一般如果在技術(shù)上沒處理好這些問題,產(chǎn)品在使用時就易出現(xiàn)各種問題。
“均流均壓”這簡簡單單四個字里不但包含平衡驅(qū)動、PCB布線均衡(布線的DC、AC電阻相等)、還包含了管體散熱均溫、MOS管的Ron動靜態(tài)匹配(選管)等問題。
除去并網(wǎng)之外,逆變器的自我保護問題也是影響著逆變器的可靠性。這其中包括限流保護模式、熱關(guān)斷保護、用戶操作異常保護、負載異常保護、啟動保護等等。
對于原器件的參數(shù)設(shè)定與選型一樣會影響到產(chǎn)品的可靠性。但對MOS管、超快整流二極管來說,不同的封裝形式對可靠性的影響有時差別十分明顯,需要謹慎對待。
圖1
圖1是實測的推挽逆變電路的其中一邊MOS管的G極波形(1:1藍)與升壓變壓器的副邊電壓波(15:1黃),這是電路處在滿載1000WDC+24V輸入時的實測波形,可以看到另一路MOS管導(dǎo)通時串入到截止MOS管的G極的干擾尖刺波形。 主變的“振鈴尖刺”會通過A相或B相MOS管的結(jié)電容,在G極波形之間互串,即藍色驅(qū)動波形中的“毛刺”部分。由于大部分逆變器的MOS管驅(qū)動部分的供電與主振蕩IC一樣,都為單電源供電(用SG3525輸出直驅(qū)管MOS的同樣較為常見),因此驅(qū)動波形以0V~+15V方波為多見,此時驅(qū)動波形如受到干擾(見上圖尖刺部分),如接近達到MOS管的Vth值,對系統(tǒng)的不良影響是非常大的。
如果接近Vth值,那么效率與溫升肯定會收到影響。如果采取一般的手段無法有效減低或避免這種干擾時,那么采用負壓關(guān)斷也就非常有必要了。這個問題在專業(yè)的量產(chǎn)方案中,應(yīng)引起足夠的重視。
圖2
圖2為實測逆變器滿載時的推挽A相與B相MOS管的G極波形(1:10),由于采用了+15V開通、-5V關(guān)斷的驅(qū)動方式,同時精選低Qgs的功率MOS管,驅(qū)動波形的“尖峰”干擾大為減少,也可看到由于采用了負壓關(guān)斷,滿載時從對方相位串?dāng)_過來的“毛刺”被有效控制在0V線以內(nèi)(紅圈),確保截止時期的MOS管能絕對可靠地截止關(guān)斷。在說環(huán)路反饋與過流保護前,先來說說結(jié)構(gòu)設(shè)計與主功率管的散熱問題。
圖3
舉一個實例:某山寨小企業(yè)抄板了某個已成熟的逆變電路,此電路在別人那里反映不錯,而在自己這里的產(chǎn)品卻炸主功率MOS管的比例較高。攝氏25度環(huán)境時,輸出滿載1000W,10分鐘后圖4的B處(8個MOS管的中心位置)的溫度比A處高出6~8度!C處(綠圈)最低,比B處低14~15度。(C處為進風(fēng)口,D為風(fēng)扇,樣機為進風(fēng)設(shè)計,據(jù)說是用以延長含油軸承的壽命),同樣型號并聯(lián)工作的功率MOS管,實際工作的溫差那么大,對“均流”極其不利,所以更提不上高可靠性。采用康銅絲采樣時,由于為了減少損耗,一般輸出電壓極低,需放大后再作為反饋信號,多用作平均值限流控制,雖然響應(yīng)速度慢,但卻有限流精度高且穩(wěn)定的優(yōu)點,當(dāng)蓄電池電壓從14.5V下降到10.5V時,結(jié)合對限流值的補償,可獲得較理想的恒定輸出功率,不會導(dǎo)致因蓄電池電壓下降而影響逆變器的輸出功率。
結(jié)合散熱設(shè)計,對MOS管的并聯(lián)來說,從參數(shù)篩選配對(如Ron、Qgs等的誤差最好小于5%)到每個MOS管的PCB的走線參數(shù)(PCB布線的AC、DC阻抗)相近、驅(qū)動波形嚴格相同、工作時的溫升變化同步一致等等,當(dāng)然還有限流保護點的合理選定、裝配焊接工藝的各個細節(jié)都不能掉以輕心,這樣才能保證并聯(lián)工作時的高可靠性。
本篇文章對提高逆變電源可靠性的技巧進行了講解,并以舉例的方式來幫助大家理解其中的知識點,希望大家在閱讀過本篇文章之后能夠有所收獲。
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