模块化逆变电源的设计与应用

　　脉宽时间(1)

　　间隙时间(2)

Tc为三角载波的周期。利用式（1）可以很快地计算出各个脉冲宽度,而两个脉冲之间的间隙时间为前一脉冲的t3与后一脉冲的t1之和。

　　图3是产生PWM数据的程序流程：

　　程序中,计算某相数据的子程序是三相公用的。其中一个参数是正弦调制波相位,改变这个参数可分别计算出A、B、C数据,并且可以补偿因滤波元件参数不一致而导致的三相不平衡。

　　计算完各开关点时间后,将时间转换为0、1位串的字节长度,这个过程要进行四舍五入,修正值初值为0.5。但四舍五入一般会带来数字节的误差,为了保证总的字节数成整k,需要以逐次逼近方式修改修正值。

　　此部分电路中,一555多谐振荡器产生819.2kHz时钟,经12位计数器进行地址变换,使存储于ROM中的PWM数据周期性地输出,再由专用驱动芯片IR2110驱动MOSFET三相全桥进行逆变。

　　4 输出电压控制

　　介绍这部分前,需先对VICOR模块的调压原理进行了解,参见图4。

　　VICOR模块的电压调节端TRIM同时也是模块内部误差放大器的电压给定端,经一个10kΩ电阻与2.5V基准串联,此端悬空时,误差放大器的给定电压为2.5V,模块输出额定电压。由TRIM端外接电阻到－OUT端与10kΩ电阻对2.5V分压,使误差放大器的给定电压降低,模块的输出电压即被按比例地调低;由＋OUT端外接电阻到TRIM端与10kΩ电阻对输出电压分压,输出电压亦被按比例地调高。模块的输出电压调节范围是额定值的5％到110％。值得注意的是,若TRIM端电压过高,将导致模块的过压保护动作。

　　使模块的电压调节端TRIM随着系统输出电压有效值的变化而反向变化,即可构成负反馈闭环回路。可以看出,若将系统抽象为一闭环系统U(s)=U0×C(s)/F(s),模块内的2.5V基准也是系统的给定值U0,负反馈环路可抽象为反馈通道传递函数F(s)。系统有68V、36V两次稳压过程,只需在切换数据页的同时相应改变F(s)中的反馈系数即可。

　　此部分的电路参见图5。

　　输出的三相电压经整流滤波后,在电位器RP1的滑臂上取得反馈电压,该电压经光耦N1隔离、反相后送到VICOR模块的TRIM端,即构成了负反馈环。这里光耦三极管等效为一个接在TRIM和－OUT端的受控可变电阻,这样有效地防止了TRIM端上的反馈电压过高。

　　通电后,首先＋15V经R对C充电,充电时间常数由二者的乘积决定。当C上的电压不超过稳压管DZ稳压值加0.7V时,T1不导通,集电极输出为高电平,选中ROM里存储68V数据的页面,同时,三极管T2、达林顿光耦N2导通,电位器RP2与RP1并联,这个状态对应于起动阶段输出68V高电压;当C上的电压超过稳压管稳压值加0.7V后,T1导通,集电极输出为低电平,选中存储36V数据的页面,同时T2、N2截止,RP2支路断开,RP1滑臂上的反馈电压增大,系统反馈系数也变大,输出将降低,这时对应于正常工作阶段输出36V。

　　这里,用PWM数据的调制度大致决定输出电压幅度。确定此参数时,断开负反馈环,VICOR模块输出额定电压,系统带满载并能输出预定电压时的调制度,就是合适的取值,经实验,68V、36V的调制度分别取为1.50、0.50。用电位器RP1、RP2可对输出电压在一定范围内微调。输出36V时,仅RP1起作用,故应先调定RP1,再用RP2对68V调节。

　　取样电阻值的选择很重要,选得过小,光耦会出现饱和情况,系统就会振荡;选得太大,光耦不足以导通,负反馈环起不到调节作用。

　　5 产品性能和应用情况

　　研制的电源能满足外形尺寸要求,能以简洁的电路实现并完全达到各性能参数的关键在于VICOR模块与逆变部分的巧妙配合。以下是产品的实测数据：

　　（1）输出电压：

　　稳压精度--30s内：空载：69.0V满载:67.5V

　　30s后：空载：36.3V满载:36.0V

　　频率--开机:401.5Hz

　　带载一小时:398.5Hz

　　THD--输出68V空载:0.5％80％负载:3％

　　输出36V空载:0.2％80％负载:0.5％

　　三相不平衡度：（2）最大输出功率：210VA

　　（3）效率：65％(满载)

　　（4）输入电压：（21～32）VDC

　　本模块化逆变电源试制成功后,除用于该型鱼雷外,还用于某型雷达及某研究所的航空传感器测试平台等场合,用户反映良好。