銳駿RU系列大功率MOS管在逆變器中的優(yōu)越性能
銳駿MOS管的性能在業(yè)內(nèi)已經(jīng)有很好的口碑，大功率、中壓大電流都是我們產(chǎn)品的特點(diǎn)所在，并且已能完美替代IR公司、ST公司和NEC公司的一些產(chǎn)品。但是如何更具體的體現(xiàn)銳駿產(chǎn)品的優(yōu)越性能，下面我們通過在逆變器的具體應(yīng)用中來體現(xiàn)：
一、 本逆變器相比于傳統(tǒng)工頻變換的優(yōu)點(diǎn)：
更小的體積；更輕的重量；極高的效率；更低的噪聲；更寬的輸入電壓范圍；完善的保護(hù)功能（具有輸入欠壓過壓保護(hù)，過流短路保護(hù)，過熱保護(hù)。）
二、 本逆變器采用DC-AC-DC-AC高頻構(gòu)架的兩極功率變換
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
主電路框圖
前級(jí)由Q1,Q2,T1組成35KHZ的高頻推挽式變換器，負(fù)責(zé)把電池BT1上10.5-14V的直流電變換成35KHZ的高頻交流電，再通過T1升壓，D1-4橋式整流，C2濾波變換成約220-320V的高壓直流電，最后通過后級(jí)全橋變換成220V50HZ的交流電供給負(fù)載使用。
其中Q1,Q2使用了銳駿半導(dǎo)體有限公司的RU6099,為了達(dá)到一定的功率余量，提高效率和增加穩(wěn)定性各采用了4只RU6099并聯(lián)使用。
為了通過兩級(jí)變換達(dá)到輸出220V50HZ的目的，Q1-6及J1的時(shí)序如下
電氣性能
輸入 |
輸出 |
||
電壓范圍 |
10.5-14V |
電壓 |
220V+-5% |
頻率 |
DC |
頻率 |
50+-1Hz |
效率 |
>90% |
額定功率 |
1000W |
溫度保護(hù)點(diǎn) |
90+-5℃ |
峰值功率（2S） |
2000W |
熔絲電流容量 |
3*40A |
波形 |
準(zhǔn)正弦波 |
三、 主要功率器件的選用及設(shè)計(jì)
1、前級(jí)功率管Q1,Q2：
Q1,Q2在輸入最低電壓為10.5V時(shí)達(dá)到額定功率承受的電流為：
I=1.4(P/η)/Umin=1.4(1000/0.9)/10.5=148A
其中：
1.4: 推挽結(jié)構(gòu)的電流系數(shù)：即變壓器初級(jí)最大電流是平均電流的倍數(shù)；
P: 輸入額定功率；
η： 逆變器的效率；
Umin: 輸入最低電壓。
考慮到逆變器需要承受2000W的峰值功率，因而選管時(shí)電流要加倍，因而實(shí)際Q1,Q2需要承受148*2=296A的最大電流，實(shí)際選用了4只120A的RUICHIPS公司的RU6099并聯(lián)達(dá)到這個(gè)電流并留有一定的余量。
2、主變壓器T1的設(shè)計(jì)：
根據(jù)TDK磁芯手冊(cè)，選用EC42-20磁芯，PC40材質(zhì)，考慮到功率密度，磁芯損耗和開關(guān)損耗的折中,頻率選定35KHZ 。
初級(jí)匝數(shù)的計(jì)算:
Npri=Umax*100000000/(4fBA)=14*100000000/(4*35000*2000*2.54)=1.97T，實(shí)際取2T,因?yàn)橥仆旖Y(jié)構(gòu)，初級(jí)為;2T+2T.
其中：
Umax：最大輸入電壓；
f:開關(guān)頻率
B:最大輸入電壓時(shí)的工作磁通密度；
A:磁芯中柱的截面積
次級(jí)匝數(shù)的計(jì)算：
根據(jù)變壓器原理有
Uout=D(Nsec/Npri)*Umin
Nsec=(Npri/D)(Uout/Umin)=(2/0.95)(220/10.5)=44T,考慮到各種損耗，實(shí)際取值45T
其中：
D:占空比
Uout：輸入最低電壓時(shí)的輸出電壓
初級(jí)線徑的選取：
當(dāng)輸入最低電壓時(shí)初級(jí)的平均電流為：
(1000/0.9)/10.5=106(A)
強(qiáng)制風(fēng)冷取5.5A/mm*mm的電流密度需要106/5.5=19.3mm*mm
次級(jí)線徑的選?。?/span>
根據(jù)變壓器原理
次級(jí)線徑為：19.3/（45/2）=0.86mm*mm
3、高壓整流二極管的選取：
估算整流管的最大電流=2000W/220*1.4=12.6A,實(shí)際選用RHRP15120,15A1200V的管子。
4、后級(jí)高壓MOS管的選?。?/span>
估算后級(jí)高壓MOS管的最大電流=2000W/220=9A，為了能帶沖擊性比較大的負(fù)載選用仙童的FQA24N50,24A,500V的管子。
四、PWW和驅(qū)動(dòng)電路
本電路前級(jí)和后級(jí)各采用一塊SG/KA3525作為PWM發(fā)生電路，前級(jí)振蕩頻率為70KHZ,分頻后在11,14腳產(chǎn)生35KHZ的開關(guān)信號(hào)通過圖騰柱分別驅(qū)動(dòng)4只RU6099;后級(jí)振蕩頻率為100HZ,分頻后在11,14腳產(chǎn)生兩路50HZ的開關(guān)信號(hào)，這兩路50HZ的開關(guān)信號(hào)各分兩路，一路直接驅(qū)動(dòng)后級(jí)全橋的兩個(gè)下管，一路反相后自舉驅(qū)動(dòng)后級(jí)全橋的兩個(gè)上管。
五、 保護(hù)電路
為了使逆變器能在各種惡劣的環(huán)境中可靠工作而不至于損壞，本機(jī)設(shè)計(jì)了多種保護(hù)電路:
1、 電池欠壓保護(hù)
當(dāng)電池電壓低于10.5V時(shí)，為了使電池不至于因?yàn)檫^放電而損壞和逆變器不會(huì)因?yàn)檩斎腚妷哼^低而損壞，本機(jī)設(shè)計(jì)了欠壓保護(hù)，其原理為通過比較器設(shè)定一個(gè)窗口電平，用輸入電壓衰減后和這個(gè)窗口電平相比較，低于窗口電平會(huì)使比較器發(fā)出高電平關(guān)斷逆變器。
2、電池過壓保護(hù)
當(dāng)電池接錯(cuò)，超出逆變器允許的輸入電壓時(shí)，逆變器將被關(guān)閉，其原理為：電池過壓時(shí)，串聯(lián)在前級(jí)SG/KA3525第10腳于電池之間的穩(wěn)壓管會(huì)被擊穿，第10腳處于高電平，前級(jí)被關(guān)斷。
3、過流短路保護(hù)
為了使當(dāng)輸出短路或負(fù)載長時(shí)間超出額定功率時(shí)逆變器不被損壞，本逆變器設(shè)計(jì)了過流短路保護(hù)。其原理為：在后級(jí)直流高壓的回路上串聯(lián)了一個(gè)取樣電阻用來檢測(cè)輸出功率的高低，這個(gè)取樣電阻兩端的電壓就代表了輸出功率的大小。當(dāng)檢測(cè)到輸出短路或負(fù)載長時(shí)間超出額定功率逆變器都會(huì)被關(guān)斷。
4、過熱保護(hù)
為了使逆變器過熱時(shí)不被損壞，本逆變器設(shè)計(jì)了過熱保護(hù)，其原理為在功率管的散熱片上安裝了PTC熱敏電阻作為溫度傳感器檢測(cè)機(jī)內(nèi)溫度的高低，當(dāng)機(jī)內(nèi)溫度超過逆變器允許的溫度時(shí)，逆變器會(huì)自動(dòng)停止工作，直到溫度降低到安全溫度并重新開機(jī)逆變器才恢復(fù)工作。
六、 測(cè)試規(guī)范
1、測(cè)試方法
先調(diào)整相應(yīng)的跳線只給前后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路供電，測(cè)試前級(jí)開關(guān)頻率應(yīng)該在35K左右，后級(jí)開關(guān)頻率應(yīng)該在50+-1 HZ左右,相差較大的話要調(diào)整相應(yīng)的電阻。驅(qū)動(dòng)波形應(yīng)該良好才給功率級(jí)供電，功率級(jí)供電要先用帶限流功能的小功率穩(wěn)壓電源供電，然后進(jìn)行空載調(diào)試，前級(jí)直流高壓限壓320V,后級(jí)輸出調(diào)到225V空載即可。最后用大功率電源供電帶載調(diào)試調(diào)整好過流保護(hù)點(diǎn)。
2、特別注意事項(xiàng)
電池接反會(huì)燒毀前級(jí)的熔絲，但不會(huì)損壞其他部分，更換熔絲即可正常工作。
七、 PCB規(guī)格書
項(xiàng)目 |
參數(shù) |
備注 |
PCB尺寸 |
190 x 130 x65 |
長 x 寬 x 高 (單位： mm) |
層數(shù) |
1 |
單面板 |
PCB材質(zhì) |
FR-4 |
|
銅皮厚度 |
1OZ |
|
表面工藝 |
噴錫 |
|
絲印 |
白色 |
|
八、 主要元件清單
序號(hào) |
元件名稱 |
型號(hào)規(guī)格 |
用量 |
備注 |
1 |
IC |
SG/KA3525 |
2 |
|
2 |
MOS |
RU6099 |
8 |
|
3 |
MOS |
FQA24N50 |
4 |
|
4 |
變壓器 |
EC42-20 |
1 |
|
九、 主要實(shí)測(cè)波形圖
本樣機(jī)輸出空載時(shí)前級(jí)一邊MOS的D極的波形實(shí)測(cè)：
本樣機(jī)輸出586W時(shí)前級(jí)一邊MOS的D極的波形實(shí)測(cè)：
本樣機(jī)輸出1000W時(shí)前級(jí)一邊MOS的D極的波形實(shí)測(cè):
根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理我們做出了樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)證明本樣機(jī)具有重量輕，體積小，效率高運(yùn)行可靠成本低等優(yōu)點(diǎn),達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
