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且看單端反激電路“玩轉(zhuǎn)”逆變電源!

發(fā)布時間:2014-11-09 責任編輯:echolady

【導讀】相信大家都知道,電池供電的逆變電源通常由兩級組成,前級DC/DC電路將電池電壓變換成直流約350V 電壓,后級DC/AC電路將直流350V電壓變換為交流220V電壓。本文以24V電池供電,輸出電壓350V/1KW為例,深度解析單端反激電路如何玩轉(zhuǎn)逆變電源前級DC/DC電路。

在這類逆變電源中,前級DC/DC電路一般供電電壓較低(12V、24V或 48V),輸入電流較大,功率管導通壓降高、損耗大,所以電源效率很難提高。其電路形式有:單端反激、單端正激、雙管正激、半橋和全橋等,對于中小功率(約0.5~1kW)而言,單端反激電路具有一定優(yōu)勢,如:電路簡單、控制方便、效率高等。

一、常規(guī)單端反激電路結(jié)構(gòu)

常規(guī)單端反激電路結(jié)構(gòu)如圖1所示,該電路的缺點在于功率管VT截止時,變壓器初級的反峰能量,被VD1、C 1和R 1組成的吸收電路消耗掉;而且在輸出功率相同的情況下,功率管通過電流(相對于多管并聯(lián))大,導通壓降高,損耗大,所以效率和可靠性較低。

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圖1:常規(guī)單端反激單路結(jié)構(gòu)
 
二、多管并聯(lián)的單端反激電路結(jié)構(gòu)

如圖2所示,該電路的特點是,主功率電路采用4只功率管并聯(lián),每只功率管通過的電流為單管應用時的1/4(假定4只功率管參數(shù)一致),則功率管的導通壓降也 應為單管應用時的1/4.根據(jù)計算,在輸出550W時,理論上,4管并聯(lián)比單管可減小通態(tài)損耗約20W,提高效率近3個百分點。

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圖2: 4只功率管并聯(lián)主功率電路
 
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三、采用能量回饋技術(shù)的單端反激電路結(jié)構(gòu)

采用能量回饋技術(shù)的單端反激電路結(jié)構(gòu)如圖3所示,其主要波形如圖4所示。在本電路中,用電容C 2、電感L 1、二極管VD1和VD2組成變壓器初級反峰吸收電路,可使大部分反峰能量回饋到輸入電容C 1上,減少了能量損耗,提高了電路效率。

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圖3:初級反峰吸收電路
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圖4:初級反峰吸收電路主要波形
 
其工作原理如下:

(1)t 0~t 1階段:t 0時刻功率管截止,變壓器初級電感L 、漏感L K、電容C 2和功率管輸出電容C 0開始諧振,并很快使C 2電壓達到U 0(N 1/N 2),隨后次級二極管導通,初級電壓被鉗位到U 0(N 1/N 2),初級電感L 退出諧振,到t 1時刻I K為0,同時C 2和C 0上電壓達到最大值,即開關(guān)管電壓U S達到最大值(U IN+U C2MXA)。
(2) t 1~t 2階段:在L K、C 2、C 0繼續(xù)諧振,同時電感L 1參與諧振,C 2、C 0給輸入電容C 1回饋能量,并且給L 1補充能量,到t 2時刻諧振停止,C 2電壓又下降到U 0(N 1/N 2)。
(3)t 2~t 3階段:t 2時刻開始,電感L 1給輸入電容C 1回饋能量。C 2電壓被鉗位在(N 1/N 2)U 0、C 0即開關(guān)管上電壓為U IN+(N 1/N 2)U 0,均保持不變,到t 3時刻,L 1中能量釋放完畢。
(4)t 3~t 4階段:開關(guān)管完全截止,C 2電壓、C 0電壓(即開關(guān)管電壓)繼續(xù)保持不變。
(5)t 4~t 5階段:t 4時刻功率管導通,其電壓U S開始下降,C 0開始通過開關(guān)管放電,并很快放完畢(全部損耗在功率管上);C 2和L 1開始諧振,即把C 2中的能量轉(zhuǎn)移到L 1中,在t 5時刻L 1中電流達到最大值,功率管完全導通。
(6)t 5~t 6階段:t 5時刻L 1通過VD1和VD2給輸入電容C 1回饋能量,并給C 2充電到-U IN,到t 6時刻L 1中能量釋放完畢。
(7)t 6~t 7階段:該階段功率管繼續(xù)處于完全導通狀態(tài)。
以上過程形成一個完整工作周期,可以看出,變壓器漏感中的能量大部分被回饋到輸入電容C 1中(C 0中有部分能量被消耗掉),所以電源效率得到提高。
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四、兩路單端反激并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)

若要增加輸出功率,采用如圖5并聯(lián)結(jié)構(gòu),該電路結(jié)構(gòu)可輸出功率約1.1kW,用一只SG3525控制即可。

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圖5:兩路單端反激并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)
 
五、試驗結(jié)果

由兩路單端反激并聯(lián)組成的逆變電源前級DC/DC電路(見圖5),輸出功率約1.1kW,試驗結(jié)果如表1所示。

表1:前級DC/DC試驗結(jié)果
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由上述DC/DC電路組成的1kVA逆變電源,輸出AC220V50Hz正弦波,試驗結(jié)果如表2所示,該電源體積320×200×60mm3。

表2:1kVA逆變電源試驗結(jié)果
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