高性能脉宽调制稳压型逆变器

　　本文介绍一种采用脉宽调制逆变驱动模块NB-950制作的逆变器。它具有性能优良、可靠性高、电路简单、制作容易、成本低等特点。用NB-950作驱动器件的逆变器，只需适当改变功率转换电路及其元件参数，便可形成直流输入电压为6～600V、逆变输出功率为20～2000W的各种规格逆变器产品。

　　技术指标

　　本文介绍一种直流工作电压24V、输出功率1000W的逆变器，其主要技术指标如下：(1)能正常工作的直流电压范围：21～32V;(2)输出电压：50Hz、220V，波形为脉宽可变的方波;(3)输出功率：额定1000W，最大1200W(阻性负载时);(4)输出电压稳定度：当输入直流电压在21～32V范围内变化，或负载由空载至满载变化时，输出电压变化均小于6%，允许突然加载或掉载;(5)具有开机软启动保护、过荷短路保护、输出过压保护等功能，保护值可调;(6)整机效率：≥80%(800W阻性负载时);(7)具有充电功能。

　　工作原理

　　该逆变器电路如图1所示。NB-950内部原理框图如图2所示，其主要性能参数见附表。机器工作时，模块⑥、⑦脚交替输出的驱动信号，其脉宽受反馈到②、③脚的输出电压取样信号及加到⑨脚的电流取样信号控制，驱动两臂场效应功率管轮流导通，在输出变压器次级绕组输出稳定的220V交流电压。当输出电压因输入直流电压变化或负载变化而波动时，NB-950内部电路会根据②、③脚取样信号的变化自动调整脉冲宽度，使逆变输出电压稳定不变;而当输出过载或短路，使功率管工作电流过大时，NB-950则根据⑨脚上的过流信号，将脉宽限制在一定值，达到限流保护的目的。万一电路失控，输出电压升高，达到调定的过压保护值时，NB-950将自动关闭输出，并保持自锁状态，从而避免损坏用电设备。过压保护值由W1调节，输出电压由W2调节，过流保护值由W3调节。图中，R1～R8为防振电阻。R9是电流取样电阻，取样信号经R10、C1滤波后送至NB-950⑨脚。R11、C3组成削尖峰电路，用以削减功率管开、关瞬间产生的脉冲尖峰，防止管子过压击穿。K为逆变—充电转换开关，置于1位时，逆变器工作;置于2位时，逆变器停止，同时220V市电通过输出变压器降压，经两臂功率场效应管内的续流二极管整流，对蓄电池充电。

　　项目技术参数

　　输入直流电压Ⅰ型6～15V

　　Ⅱ型15～60Va

　　输出信号幅度Ⅰ型Up=Ec-1.5V

　　Ⅱ型Up=14.5V±0.5V

　　输出信号频率50Hz±1%或根据用户要求确定

　　输出驱动电流最大30mA/路

　　输出脉冲占空比最大45%(每一路输出导通)

　　工作温度范围-5～+60℃

　　

 

　　

 

　　元件选择

　　功率管选用VDS≥120V、IDM≥30A的V-MOS管，例如IRFP250，每臂4只并联应用。电流取样电阻R9可用16只0.1Ω、2W的金属膜电阻并联获得。转换开关K要选用触点电流大于5A的双刀双掷开关。输出变压器B是关键元件，对整机性能影响较大，需自制。铁芯要选用窗口大一些的优质矽钢片，芯柱截面不小于35cm2。初级线圈用10mm2丝包扁铜线绕30+30匝，中间抽头;输出绕组用φ1.2mm漆包线绕400匝，280匝处抽头;反馈绕组用φ0.3mm漆包线绕45匝。各绕组间绝缘要良好。

　　安装与调试

　　安装时，输入电源主回路的接线不能细，铜芯截面要大于8mm2，且走线要短捷。功率管要加散热片，每臂散热片面积≥500cm2。

　　调试可按下述步骤进行：(1)调整输出电压。检查整机装配无误后，将W1调为零阻值(避免保护动作)，W2调到最大阻值，W3中心头调到下端，逆变器输出接上100～200W电灯作负载。通电如无异常，应有输出电压。调节W2，输出电压应随W2的阻值减小而上升。调到220V后，改变输入直流电压，从21V调到32V时，输出电压变化应小于220V±6%。输入直流电压不变时，改变输出负载，从空载到满载，输出电压变化也不应大于±6%。(2)调整过压保护动作值。输出接上一定负载，调节W2，使输出电压升到预定保护值(例如260V)，再缓慢调节W1，使过压保护动作，自动关闭输出。然后关机，再开机试验，反复几次，调准保护阈值。需说明的是，过压保护动作后，电路处于自锁状态，要关机断电数秒后再开机，才能解除保护。(3)调整过流保护值。逆变器输出端接上1.5倍额定功率负载(例如1500W电炉)，开机后输出电压可能因超负荷低于调定的220V。这时一面观察输出电压，一面缓缓调节W3，当调到输出电压明显下降时，即是过流保护已经动作。

　　装配调试过程中必须注意，由于场效应管栅极易被异常电荷击穿损坏，安装调试过程中严防烙铁漏电，严禁电路带电焊接。测试管子漏极和源极耐压时，栅极必须先与源极短接，不能悬空，否则一通电即坏。

　　图3为6V供电的60W逆变器电路图。由于工作电压低，不能使用VMOS管，而采用普通双极型管3DD15A。因NB-950驱动电流较小，要接成达林顿工作状态，以保证足够的电流放大倍数。当然使用β≥500、ICM≥15A的达林顿晶体管更为简便，但费用要增加。输出变压器选用窗口较大的铁芯制作，芯柱截面≥8cm2。初级用φ1.56mm漆包线绕31+31匝;次级用φ0.33mm漆包线绕1600匝，1140匝处抽头;反馈绕组用φ0.2mm漆包线绕180匝。