模块化逆变电源的设计与应用

目前,逆变技术已在国民经济的各个领域中得到了极其广泛的应用,国内外许多公司已能生产技术成熟的标准逆变模块电源,这些产品实现的功能较多,性能较好、可适应较复杂的负载情况,但控制方案较复杂、体积较大、价格昂贵,适于实验室、车间的集中供电。在逆变技术的进一步普及应用中,越来越多的产品、设备要求逆变电源模块象直流电源一样模块化,并成为该产品、设备的一部分。通常在这种场合对逆变电源要求容量较小、负载单一、并控制体积和成本,显然再采用标准逆变电源的方案就不合适了,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。

1 控制方案

　　模块化逆变电源的负载一般已知,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,这样可使控制部分得到最大程度的简化。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,本文将做详细介绍。

2 主电路设计

　　主电路需将24VDC输入变换为较高的、可调节的直流母线电压,选择性能优良的DC/DC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150W的VICOR模块,输入并联,输出串联,可获得96V的直流母线电压。

　　（1）检验功率不计各处损耗,最大输出功率为68×3=204VA两只模块可输出功率达300W,可以满足要求。

　　（2）检验电压正常工作输出36V时,若直流利用率为0.7,调制度为最大值1,则需直流电压36/0.7=51.5V输出68V时,若直流利用率仍为0.7,调制度为最大值1,则需直流电压68/0.7=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以加强滤波作用。