输出为115V、400Hz的单相逆变电源

1 引言

直流27V变为交流115V、400Hz的逆变电源在部队和船舶上应用广泛,

有较大需求。针对这一情况,我们研制了800VA的单相静态逆变电源,该电源采用直流27V输入,可以输出115V、400Hz的正弦波电压。并且用3台同样的电源经适当联接,在外围电路控制下,可以作为一台三相逆变电源使用。

目前,新技术不断出现,构成DC/AC逆变的方法有很多。但考虑到具体的使用条件以及成本与可靠性,该电源采用了比较典型的两级变换的方式,即第一级运用DC/DC变换,将27V变换为约±130V的直流高压,第二级运用DC/AC变换,将直流高压变换为交流输出,通过反馈调节±130V的高压直流电来保证稳定的交流115V输出。这样,既简化了电路调试和生产过程,质量也容易控制,便于产业化。

2 主电路设计

2.1 利用DC/DC变换器实现稳压

该变换器采用了推挽工作方式,具有效率高、工作可靠的优点。如图1所示,该变换器的作用是将低压直流电变换为高压直流电。主变压器T1初级接成推挽形式,次级因为电压较高,用全桥方式进行整流,开关管S1、S2分别用4只IRF3710并联,有效地降低了导通损耗。功率MOSFET的共生二极管同时可作为开关管关断时的交流通路,抑制开关管两端的关断过电压。R2、C3、R3、C4为阻容吸收电路,可以进一步降低MOSFET关断时的尖峰电压。吸收电阻选择的原则,是在最小导通时间时,仍能使电容上的电压放电完毕,而吸收电容在吸收电阻功耗许可范围内尽量取大。经过实验,本电路的吸收电阻为5Ω、5W,吸收电容为0.1μF、250VDC。

主变压器T1选用TDK的PQ50/50磁芯,经过计算（公式见参考文献1）,本变压器初级为2匝,次级为30匝。因为初级电流较大,采用厚度为0.5mm的薄铜片绕制,同时采用初级、次级交替绕制的方法,使漏电感、趋肤及邻近效应最小。

滤波电感L1和L1＇共绕在同一个CD形的铁心上,电感量为1.0mH。在连接上,L1和L1＇是串联电感的形式,这样可以提高电感量,并能确保对地输出动态和静态特性均较好的±130V电压。L2和L2＇是一组辅助滤波电感。

在实际的电路调试中,应注意本级接阻性负载和接第二级DC/AC负载时,推挽变换器功率管的电压波形明显不同。在第二种情况下,功率管关断时的尖峰电压较小。

2.2 利用DC/AC逆变输出正弦波

因为本电源是输出定频定压115V、400Hz电源,从系统的可靠性和实用性出发,采用了方波变换,加谐振滤波的方法来输出正弦波电压。主电路见图2。

S3、S4采用IRFP460,其驱动电路采用SKHI21,电路简单可靠,SKHI21的详细资料见参考文献2。L3电感量为6.8mH,采用CD12.5×25×60的铁心加气隙绕成,线径为1.65mm;为了提高铁心的利用效率,两个绕组共用一个铁心,串联而成一个电感。C7～C10为5.0μF、400VDC的MKC电容;C14～C16为5.0μF、250VDC的MKP电容;C11～C13为1μF,400VDC的MKC电容,L6和C11～C13组成串联谐振电路,主要用于滤掉三次谐波,L6等于4.3mH。该滤波电路经电路仿真软件EWB5.1D进行仿真计算,各元器件参数均做了最优化处理,在一定负载条件下,谐波失真度可控制在4％左右。