【導(dǎo)讀】本篇文章主要介紹了高頻逆變電源當(dāng)中的后級電路，并對其中產(chǎn)生的一些問題進(jìn)行了較為詳細(xì)的了解。希望大家在閱讀過本篇文章之后能夠?qū)Ω哳l逆變電源中的后級電路有進(jìn)一步的理解。
區(qū)別于普通逆變器，高頻逆變電源在進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換的同時(shí)，會(huì)將低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的低壓交流電。由于采用了高頻磁芯材料，所以高頻逆變電源能很大程度上提高電路的功率密度。在高頻逆變電源中，后級電路是一種被設(shè)計(jì)者們孰知的電路，其功能主要是進(jìn)行放大和增強(qiáng)。
本篇文章就將介紹高頻逆變器中的后級電路，結(jié)合電路圖進(jìn)行原理的分析和講解。
圖1
米勒電容對高壓MOS管安全的影響及其解決辦法。
很多人在使用IR2110推動(dòng)全橋MOS時(shí)會(huì)變得非常不穩(wěn)定，經(jīng)常莫名奇妙地炸管，往往在低壓試驗(yàn)時(shí)好好的，母線電壓一調(diào)高就炸了，這確實(shí)是個(gè)令人非常頭疼的問題。這里就先來分析一下MOS管GD結(jié)電容，也叫米勒電容對半橋上下兩管開關(guān)的影響。供分析的電路如下：
圖2
圖2中C1、C2分別是Q1、Q2的GD結(jié)電容，左邊上下兩個(gè)波形分別是Q1、Q2的柵極驅(qū)動(dòng)波形。先從t1-t2死區(qū)時(shí)刻開始分析，從圖2中可以看出這段時(shí)間為死區(qū)時(shí)間，也就是說這段時(shí)間內(nèi)兩管都不導(dǎo)通，半橋中點(diǎn)電壓為母線電壓的一半，也就是說C1,C2充電也是母線電壓的一半。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號運(yùn)行到t2時(shí)刻時(shí)，Q1的柵極變?yōu)楦唠娖?，Q1開始導(dǎo)通，半橋中點(diǎn)的電位急劇上升，C2通過母線電壓充電，充電電流通過驅(qū)動(dòng)電阻Rg和驅(qū)動(dòng)電路放電管Q4，這個(gè)充電電流會(huì)在驅(qū)動(dòng)電阻Rg和驅(qū)動(dòng)電路放電管Q4上產(chǎn)生一個(gè)毛刺電壓，請看圖中t2時(shí)刻那條紅色的豎線。如果這個(gè)毛刺電壓的幅值超過了Q2的開啟電壓Qth，半橋的上下兩管就共通了。有時(shí)候上下兩管輕微共通并不一定會(huì)炸管，但會(huì)造成功率管發(fā)熱，在母線上用示波器觀察也會(huì)看到很明顯的干擾毛刺。只有共通比較嚴(yán)重的時(shí)候才會(huì)炸管。還有一個(gè)特性就是母線電壓越高毛刺電壓也越高，也越會(huì)引起炸管。
大家知道了這個(gè)毛刺電壓產(chǎn)生的原理，下面就說一說問題的解決，主要有三種解決方法：
1、采用柵極有源鉗位電路。可以在MOS管的柵極直接用一個(gè)低阻的MOS管下拉，讓它在死區(qū)時(shí)導(dǎo)通；
2、采用RC或RCD吸收電路；
3、柵極加負(fù)壓關(guān)斷，這是效果最好的辦法，它可以通過電平平移使毛刺電壓平移到源極電平以下，但電路比較復(fù)雜；
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IR2110應(yīng)用中需要注意的問題
IR2110是IR公司早期推出的半橋驅(qū)動(dòng)器，具有功耗小，電路簡單，開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于逆變器的全橋驅(qū)動(dòng)中。對于DIP16封裝的IR2110在正弦波逆變器的應(yīng)用中主要應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
圖3
1、13腳的邏輯地和2腳的驅(qū)動(dòng)地在布線時(shí)要分開來走，邏輯地一般要接到5V濾波電容的負(fù)端，再到高壓濾波電容的負(fù)端，驅(qū)動(dòng)地一般要接到12-15V驅(qū)動(dòng)電源的濾波電容的負(fù)端，再到兩個(gè)低端高壓MOS管中較遠(yuǎn)的那個(gè)MOS的源極。如圖3所示。
2、在正弦波逆變器中因?yàn)檩d波的頻率較高，母線電壓也較高，自舉二極管要使用高頻高壓的二極管。因?yàn)檩d波占空比接近100%，自舉電容的容量要按照基波計(jì)算，一般需要取到47-100uF，最好并一個(gè)小的高頻電容。
正弦波逆變器LC濾波器參數(shù)的計(jì)算
要準(zhǔn)確計(jì)算正弦波逆變器LC濾波器的參數(shù)確實(shí)是件繁瑣的事，這里介紹一套近似的簡便計(jì)算方法，在實(shí)際的檢驗(yàn)中也證明是可行的。SPWM的濾波電感和正激類的開關(guān)電源的輸出濾波電感類似，只是SPWM的脈寬是變化的，濾波后的電壓是正弦波不是直流電壓。如果在半個(gè)正弦周期內(nèi)按電感紋波電流最大的一點(diǎn)來計(jì)算是可行的。下面以輸出1000W220V正弦波逆變器為例進(jìn)行LC濾波器的參數(shù)的計(jì)算，先引入以下幾個(gè)物理量：
Udc：輸入逆變H橋的電壓，變化范圍約為320V-420V；
Uo：輸出電壓，0-311V變化，有效值為220V；
D：SPWM載波的占空比，是按正弦規(guī)律不斷變化的；
fsw：SPWM的開關(guān)頻率，以20kHz為例；
Io：輸出電流，電感的峰值電流約為1.4Io；
Ton：開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)際是按正弦規(guī)律不斷變化的；
L：LC濾波器所需的電感量；
R：逆變器的負(fù)載電阻；
于是有：
L=（Udc-Uo）Ton/（1.4Io）（1）
D=Uo/Udc（2）
Ton=D/fsw=Uo/（Udc*fsw）（3）
Io=Uo/R（4）
綜合（1）、（3）、（4）有：
L=（Udc-Uo）*Uo/（1.4Io*Udc*fsw）=R（1-Uo/Udc）/（1.4fsw）
例如，一臺輸出功率1000W的逆變器，假設(shè)最小負(fù)載為滿載的15%則,R=220*220/（1000*15%）=323Ω
從L=R（1-Uo/Udc）/（1.4fsw）可以看出，Uo=Udc的瞬間L=0，不需要電感。Uo越小需要的L越大我們可以折中取當(dāng)Uo=0.5Udc時(shí)的L=323*（1-0.5）/（1.4*20000）=5.8mH這個(gè)值是按照輸出15%Io時(shí)電感電流依然連續(xù)計(jì)算的，所以比較大，可以根據(jù)逆變器的最小負(fù)載修正，如最小負(fù)載是半載500W，L只要1.7mH了。
確定了濾波電感我們就可以確定濾波電容C了，濾波電容C的確定相對就比較容易，基本就按濾波器的截止頻率為基波的5-10倍計(jì)算就可以了。其計(jì)算公式為：
