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一款功率稳压逆变电源的设计与制作

  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。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。不过,即使蓄电池电压充足,启动180立升的电冰箱仍有困难,因启动瞬间输出电压下降为不足180V而失败。电冰箱压缩机标称功率多为100W左右,实际启动瞬间电流可达2A以上,若欲使启动瞬间降压不十分明显,必须将输出功率提高至600VA.如在增大输出功率的同时,采用PWM稳压系统,可使启动瞬间降压幅度明显减小。无论电风扇还是电冰箱,应用逆变电源供电时,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。

  采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/,因此大电流开关电路必须采用多级放大,不仅使电路复杂化,可靠性也变差而且随着输出功率的增大,开关管驱动电流需大于集电极电流的1/,致使普通驱动IC无法直接驱动。虽说采用多级放大可以达到目的,但是波形失真却明显增大,从而导致开关管的导通/截止损耗也增大。目前解决大功率逆变电源及UPS的驱动方案,大多采用MOS FET管作开关器件。

  近年来,金属氧化物绝缘栅场效应管的制造工艺飞速发展,使之漏源极耐压(VDS)达kV以上,漏源极电流(IDS)达50A已不足为奇,因而被广泛用于高频功率放大和开关电路中。

  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。顾名思义,它属MOS FET管作为前级、双极性三极管作为输出的组合器件。因此,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,其关断时间达到0.4s以下,VCEO达到1.8kV,ICM达到100A的水平,目前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,并联应用时不必外加均流电阻,漏源极直接并联应用即可。而栅源极并联应用,则每只MOS FET管必须采用单独的栅极隔离电阻,虫虫高手论坛小猪开门,避免各开关管栅极电容并联形成总电容增大,导致充电电流增大,使驱动电压的建立过程被延缓,开关管导通损耗增大。

  近年来,香港六盒开奖结果直播随着MOSFET生产工艺的改进,各种开关电源、变换器都广泛采用MOS FET管作为高频高压开关电路,但是,专用于驱动MOS FET管的集成电路国内极少见。驱动MOSFET管的要求是,低输出阻抗,内设灌电流驱动电路。所以,普通用于双极型开关管的驱动IC不能直接用于驱动场效应管。

  目前就世界范围来说,可直接驱动MOSFET管的IC品种仍不多,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)。然而在开关电源快速发展的近40年中,毕竟有了一大批优秀的、功能完善的双端输出驱动IC.同时随着MOSFET管应用普及,又开发了不少新电路,可将其用于驱动MOSFET管,解决MOSFET的驱动无非包括两个内容:一是降低驱动IC的输出阻抗;二是增设MOSFET管的灌电流通路。为此,不妨回顾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(以其中一路输出为例)。振荡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,使漏源极很快达到导通阈值。当正程脉冲过后,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立即截止。为此,Q1截止后,或非门立即使Q2导通,为栅源极电容放电提供通路。此驱动方式中,Q1提供驱动电流,Q2提供灌电流(即放电电流)。Q1为发射极输出器,其本身具有极低的输出阻抗。

  为了达到上述要求,将普通用于双极型开关管驱动输出接入图2b的外设驱动电路,也可以满足MOS FET管的驱动要求。设计驱动双极型开关管的集成电路,常采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。为了让推挽两管轮流导通,两路驱动脉冲的时间次序不同。如果第一路输出正脉冲,经截止后,过一死区时间,第二路方开始输出。两路驱动级采用双极型三极管集射极开路输出,以便于取得不同的脉冲极性,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上建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始,正极性脉冲通过二极管D加到MOS FET开关管栅源极,对栅源极电容CGS充电,当充电电压达到开关管栅极电压阈值时,其漏源极导通。正脉冲持续期过后,IC内部缓冲放大器发射极电平为零,输出端将有一定时间的死区。此时,Q的发射极带有CGS充电电压,因而Q导通,CGS通过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,目的是避免开关管的栅极在Q、D转换过程中悬空,否则其近似无穷大的高输入阻抗极容易被干扰电平所击穿。采用此方式利用普通双端输出集成电路,驱动MOS FET开关管,可以达到比较理想的效果。为了降低导通/截止损耗,D应选用快速开关二极管。www.wwvv59554.com,Q的集电极电流应根据开关管决定,若为了提高输出功率,每路输出采用多只MOS FET管并联应用,则应选择ICM足够大的灌流三极管和高速开关二极管。

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