模块化逆变电源适配器的设计

 在逆变技术的进一步普及应用中,越来越多的产品､设备要求逆变电源适配器像直流电源适配器一样模块化,并成为该产品､设备的一部分｡通常在这种场合,要求逆变电源适配器容量较小､负载单一,并要求控制其体积和成本｡显然,再采用标准逆变电源适配器的方案就不合适了,这需要仔细考虑系统方案,简化控制,在保证性能指标的同时,减小体积,降低成本｡

本节以某新型鱼雷定向陀螺用的模块化逆变电源适配器为例,介绍模块化逆变电源适配器的设计｡本例的负载特性为感性,输出电压有个切换过程,在要求输出电压固定的场合,去掉电压切换部分即可｡

该模块电源适配器为三相400HIz逆变电源适配器,采用直流24V输入电压,要求输出电压在通电30s内变为68V,此时负载电流为3A｡30s后,陀螺的启动过程结束,要求输出电压无间断地切换为36V,并提供1A负载电流,稳压精度为2%,输入､输出隔离｡模块外形尺寸不大于120mm130mm×50mm｡

1. 系统设计

模块电源适配器的系统设计直接决定产品的后面性能｡现采用以下方案构成SPwM型逆变器,系统框图见图8-16TRM相逆交桥切换图8-16。

(1)控制方案

  模块化逆变电源适配器的负载一般已知,其特性也不复杂,没有进行实时计算的必要｡因此,采用查表法是很合适的,将控制波形的SPWM数据事先计算出来,存入ROM中,可使控制部分得到较大程度的简化｡调节直流母线电压可以进行输出电压的控制,虽然这种方式不利于三相分相控制并有一定滞后,在大容量逆变器中不常见,但在三相平衡负载场合,是完全可以满足要求的｡所以,本系统实际采用了PWM､PAM两种控制方式｡控制部分是系统的关键,本文将进行详细介绍｡

(2) 主电路设计

主电路需将24V直流输入电压变换为较高的､可调节的直流母线电压｡选择性能优良的CDC模块,可缩短设计周期,提高产品可靠性。

DC/DC模块选用VICOR产品｡该产品采用了ZCS/zVS(零电流/电压开关)技术,突出优点是高效率､高功率密度､高可靠性､低电磁干扰,同时,可以利用其I/O隔离的特性实现系统的隔离｡若使用两只24V变48V､输出功率为150W的VICOR模块,输入并联,输出串联,可获得96V的直流母线电压。

检验功率不计各处损耗,较大输出功率为:(68×3)W=204(W)｡

  两只模块输出功率可达300W,可以满足系统要求｡,

  检验电压正常工作输出36V时,若直流利用率为0.7,调制度为较大值1,则所需直流电

  压为(36/0.7)W=51.5V｡输出68V时,若直流利用率仍为0.7,调制度为较大值1,则所需直

  流电压为(68/0.7)W=97V｡

  这是空载时所需的直流电压,当带重载时,因线路阻抗和系统输出阻抗的存在,所需的直流母线电压更高,所以必须采取措施提高直流利用率｡计算SPwM数据时,可适当地过调制,并在电路中稍微加大滤波,就可达到目的｡逆变桥使用MOSFET构成三相逆变全桥,滤波网络中的电容采用三角形连接方式以加强滤波作用｡

  (3)保护与控制电源适配器

  当有异常情况出现时,有两种方法切断输出:一是封锁控制数据,如选择ROM数据全为零的空页,此法方便快速;二是断开直流母线电压,此法有利于负载的安全｡这里选择后者｡VICOR模块的GATEIN端是其功率提升同步端,也是该模块的使能端,拉低该端电压即可关闭模块( Is=6mA)｡它以一IN端电位为基准,故检测的过流､过压信号均须以光耦与之隔离｡

  控制部分已相当简单,电源适配器功率很小,采用线性三端稳压器即可｡除简便外,还有可靠､电磁干扰小的优点｡固定一只模块的输出电压以获得控制电源适配器,而调节另一只来控制系统输出电压的幅值｡