陸 原，宋淑蘋

（河北大學(xué) 河北 保定 071000）

隨著科技的不斷進(jìn)步，逆變技術(shù)有更廣泛的發(fā)展。逆變電源的研究也有了進(jìn)一步發(fā)展。目前，除了存在工頻逆變器，高頻逆變器也已經(jīng)開(kāi)始占領(lǐng)逆變電源的發(fā)展市場(chǎng)并有望取代工頻逆變器。雖然高頻逆變器彌補(bǔ)了工頻逆變器體積大、頻率低、功效低等系列缺點(diǎn)，但是仍無(wú)法完全取代工頻逆變器的作用。與高頻逆變器相比，工頻逆變器具有其特有優(yōu)勢(shì)。這里提出了一種基于工頻變壓器的獨(dú)立逆變電源設(shè)計(jì)方案。

1 逆變電源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為基于脈寬調(diào)制 （PWM）[1]技術(shù)的逆變電源結(jié)構(gòu)框圖。整個(gè)電路選擇低壓直流輸入經(jīng)全橋逆變電路逆變得到交流電壓，經(jīng)工頻升壓電路升壓達(dá)到額定峰值，然后經(jīng)濾波電路輸出滿足要求的交流電壓，一般要求輸出220 V/50 Hz交流。

圖1基于PWM技術(shù)的逆變電源結(jié)構(gòu)框圖

2 逆變電源硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 PWM技術(shù)

PWM控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)是沖量定理[2]，利用正弦波作為調(diào)制波施加在載波輸出幅值相等、脈寬按正弦波變化的雙極性脈寬調(diào)制波（SPWM）[3]，將此方波信號(hào)加在逆變橋逆變功率管控制起開(kāi)通關(guān)斷，最終得到接近理想的交流輸出波形。該技術(shù)使得硬件電路簡(jiǎn)單，并提高輸出波形效率。圖2是采用U3988器件控制逆變橋的接線圖及SPWM波形，其中OUTA、OUTB是正弦波SPWM脈沖序列的輸出引腳，這2個(gè)引腳輸出的信號(hào)一般要通過(guò)死控制電路才送到逆變橋。

2.2 工頻變壓器在逆變電路中的作用

工頻逆變電源輸入一般為低壓直流，采用全橋逆變電路，通過(guò)對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)頻率作用控制輸出交流電壓。輸出的220 V正弦波交流電壓的峰－峰值是620 V，而一般的逆變電源輸入整流電壓為310 V，為了使逆變器不失真輸出220 V正弦波交流電壓，逆變器前面的直流電壓必須是680～870 V。因?yàn)橐话愕哪孀冚斎腚妷哼h(yuǎn)遠(yuǎn)小于該值，所以必須加一個(gè)輸出變壓器將逆變器輸出電壓提升到額定峰值以上才可以使用，如圖3所示。

圖2SPWM波產(chǎn)生的接線圖及其波形

圖3輸出隔離變壓器的升壓作用電路

該電路采用全橋變換電路結(jié)構(gòu)[5]，這種變換器輸出不是1根火線和1根零線，而是2根火線，但一般在接負(fù)載時(shí)都要求有零線。如果沒(méi)有輸出隔離變壓器將1根火線硬性接零線，就會(huì)導(dǎo)致逆變電源不能正常工作。圖4為無(wú)輸出變壓器正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向。

圖4無(wú)輸出變壓器正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向

從圖4中看出，由于零線的接入，使負(fù)載電流經(jīng)過(guò)負(fù)載后不經(jīng)過(guò)整流管和逆變功率管[4]，而是直接流回市電的零線輸入端，在這種情況下，圖中虛線框中的整流器和逆變功率管都未起作用。按照正常工作程序，負(fù)載電流應(yīng)該流過(guò)兩個(gè)橋式電路的整流管和逆變功率管。圖5為有輸出變壓器正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向。當(dāng)輸出端接入了隔離變壓器后就可以在變壓器的次級(jí)（負(fù)載輸入端）連接市電的零線，于是就構(gòu)成可靠的供電系統(tǒng)。可見(jiàn)，隔離輸出變壓器對(duì)于逆變橋電路來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的組成部分，使逆變電路具有可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)。

2.3 保護(hù)電路

U3988內(nèi)置欠壓保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)的基準(zhǔn)電壓，只需通過(guò)電阻分壓，當(dāng)電壓低于基準(zhǔn)電壓時(shí)，就鎖定U3988，使其停止輸出脈沖。另外，在電流保護(hù)[5]方面，根據(jù)負(fù)載電流的不同，有快速保護(hù)、短延時(shí)和長(zhǎng)延時(shí)3段保護(hù)功能。

圖5有輸出變壓器正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向

3 逆變電源電路的不足

式中，Xc是變壓器初次級(jí)間等效分布電容的容抗，單位Ω。f是干擾信號(hào)的頻率，單位Hz。C是變壓器初次級(jí)間等效分布的電容量，單位F。

由式（1）可看出，頻率越高，容抗越小，即干擾信號(hào)的頻率越高，該電容通路就越容易穿過(guò)。由于一般干擾信號(hào)的頻率是很高的，可以直接穿過(guò)變壓器而長(zhǎng)驅(qū)直入去干擾負(fù)載。若是較低頻率的干擾到來(lái)，它就會(huì)按照變壓器的變比按比例變換干擾負(fù)載。由于變壓器并不具有抗干擾功能，所以在逆變橋的輸入和輸出端一般都加有輸入、輸出濾波器。

由于隔離變壓器的接入，隨之會(huì)接入電感、電容等低頻器件，這不僅使得電路本身體積加大而且也使電路功耗加大，減小了電路的輸出效率。隨著電子變壓器等高頻低價(jià)位器件的逐漸發(fā)展，工頻變壓器生產(chǎn)成本相對(duì)增加，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電路板生產(chǎn)成本也相應(yīng)增加。

隔離變壓器[6]是為了變壓和隔離零線的目的而接入的，并不具有隔離干擾和緩沖負(fù)載突變功能。變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間有絕緣層，它們構(gòu)成了一個(gè)容量一定的電容器C，電容器的容抗和頻率是成反比關(guān)系的，即：

4 結(jié) 論

通過(guò)以上分析，綜合介紹了工頻逆變電源的電路結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)電路中綜合了數(shù)字化器件的先進(jìn)功能，以及工頻變壓器的隔離作用，達(dá)到了電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠的目的。

[1]陳道煉.DC-AC逆變技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3]鄧國(guó)棟，閆英敏，李鵬程.基于U3988的車載逆變電源的研制[J].電氣開(kāi)關(guān)，2008（6）：27-29.

[4]張來(lái).單相IGBT變頻電源研究[D].河北：河北工業(yè)大學(xué)，2006.

[5]黃毛毛，黃玉水.新型單相正弦車載電源[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2005，8（10）：37-39.

[6]王其英.UPS的工頻機(jī)與高頻機(jī)[J].電源世界，2006（4）：18-20.