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逆变电源组成及主电路的设计 
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                           逆变电源组成及主电路的设计
其主电路的构成采用Boost电路(DC-DC)和全桥式逆变电路(DC-AC)的组合。控制电路由2片集成脉宽调制电路芯片SG3524和一片正弦函数发生芯片ICL8038所构成。对主电路、控制电路的工作过程及相关参数的设计给出了详细分析,并推导、给出了重要公式。

3.1 系统组成

图3-1是系统主电路和控制电路框图。交流输入电压经过共模抑制环节后,再经过工频变压器降压,然后整流得到一个直流电压,实现(AC-DC)的转换。此电压经过BOOST电路进行升压,在直流环上得到一个符合要求的直流电压350V ( 50Hz/220V交流输出时)。DC-AC变换电路采用全桥变换电路。为保证系统可靠运行,防止主电路对控制电路的干扰,采用主、控电路完全隔离的方法,即驱动信号用光藕隔离,反馈信号用变压器隔离,辅助电源用变压器隔离。过流保护电路采用电流互感器作为电流检测器件,其具有足够的响应速度,能够在MOS管允许的过流时间内将其关断

 
                  图 3-1 系统主电路和控制电路框图
3.2 主电路组成及工作原理

此主电路由以下几个环节组成,共模抑制环节,工频变压器,整流电路,限流电路,Boost升压电路,桥式逆变电路和滤波电路。
工作原理:输入电压通过共模抑制环节,去掉高频燥声,然后工频变压器降压。变压器降压后的电压经整流电路得到一个直流电压,此直流电压的数值大概为150V,要注意的是整流后的直流电压要先经过限流电路,以防止刚开始给电容充电时冲击电流过大会减短电容 的使用寿命(有时甚至被损坏)。同时,此直流电压作为Boost电路的输入,经Boost电路升压后得到的直流环电压大概为315伏,此电压经桥式逆变电路,得到一系列的脉冲宽度不同的、幅值一样的方波(即以正弦波为基波的SPWM波),然后在经过输出滤波环节,则可得到符合要求的交流输出电压(220V/50Hz或110V/60Hz)

3.3 主电路设计

主要对共模抑制环节,工频变压器,限流电路,Boost升压电路,进行了相关的参数设计,对桥式逆变电路说明了工作原理。

3.3.1 共模抑制环节
    交流电网是电子设备的主要干扰源,绝大部分干扰均由此串入到电子设备中。传统做法是电源变压器加屏蔽、次级绕组加旁路电容、接地等来解决。对于某些精密系统和屏蔽室电源而言,除以上措施外,还要在交流电源输入端加高频扼流圈和旁路电容(见图3-2)。该电感(  ,  )不能加磁芯(以免饱和),而线径要选得较粗。此外,绕组排列也不能太密集,否则,线间分布电容L1 L2会形成高频通道。   一般只能做到几十微亨,对高频噪声阻流作用不强。若在某些精密系统和屏蔽室交流电源输入端串联两只空心电感来增加抗干扰能力,它们的体积一般很大,这对中小型设备是不实用的。
本电源采用如下方法解决:把两个线圈 和 都绕在同一只磁环上,两组线圈匝数相同,线间排列均匀一致。用MXO-2000 & 18×8×5(单位为:mm)的磁环作磁芯。 和 绕组各绕70圈,导线线径为0. 6mm,电感量为6. 6毫亨线圈外部用屏蔽层封装,交流电源从同名端A, B输入,从另两端C, D送出至电子设备。由于输入电流通过两绕组所产生的内磁通是互相抵消的,磁芯不会饱和,而加入
高导磁磁芯后,电感量大大提高(可很方便的做到毫亨级),抑制干扰能力大大增强。当然,两跟电源线上的差分干扰信号在磁芯内所产生的磁通并不能互相抵消,但这类信号绝大部分被电容C旁路(C1为0. 33uF,  C2为0. 47uF),危害不大。对于其它干扰信号(如共模信号),由于自电感电势和互感电势是相同的,如同接入高阻抗器件,故能起到普通高频扼流圈的作用。
 
图3-2 传统扼流圈原理图
 
图3-3共模抑制环节电路原理图


3.3.2 工频变压器设计
工频变压器的设计要求是:P=200W,一次侧电压为220V/50Hz,二次侧电压为90V/50Hz 。根据设计要求,本文选择的铁芯型号为YEI1-40 x 64,此型号铁芯的有关参数如表3-1所示:
表 3-1 YEI1-40 64型号铁芯参数
尺寸(mm)   P    B   
Sc( )

 
  h L    H   W   T   /  ×

20 60 120 110 210 1.2 0.95 24.32

主要参数说明:
   :窗口宽度 ;
  h:窗口高度 ;
  P:铁芯额定功率 ;
  B:空载时的磁感应强度 ;
  Kc.铁芯占空系数;
  Sc.铁芯有效截面积 ;
(1)初、次级线圈匝数的计算
  由公式  可计算   分别为:
   
   
(2)初、次级电流计算
   由公式 可计算   分别为:
   
   
(3)初、次级导线截面积的计算
     导线的截面积和直径可分别由式 和 来计算(其中 )
    
    
    
    
(4)核算铁芯窗口填充系数
     :YEI1型铁芯的窗口截面积,St:线包漆包线的总面积。计算 和 的数值分别为:
 
由窗口填充系数的公式 可以得:
 
由验算结果可知,此变压器的设计是合理的。

3.3.3 限流电路设计
 由图3-1系统图可知,整流电路先经过Rf(10W的陶瓷电阻)给电容C3充电,当C3的电压上升到某一值时会使接触器的触点的状态发生改变。在本次设计中,  ,此时,结点2的电压 为:
 
如下图3-4所示,由于 为5V,即运算放大器OP1的输入为5V。又运算放大器的接法是射级跟随器形式,故其输出电压 。这个电压足以使光耦6N136导通,并且6N136中的晶体管处于饱和导通状态,晶体管的集电极电压 =15V-0.7V=14.3V,又OP2的接法为射一级跟随器形式,故其输出电压 ,OP2的输出接到节点1,节点1直接接到接触器的线包(选用的接触器的工作电压为 ),故接触器的工作状态发生改变,常开触点变为常闭触点,常闭触点变为常开触点,由图3-1系统图可知,此时给 充电的支路已不经过限流电阻 ,而是由另一条支路直接充电。

 
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