2kW高频逆变器学习干货

现代设备对电源的性能要求越来越高，未来电源将向着高功率密度、高效率、低EMI、小体积等方向发展。为了实现以上需求，现代的电源的频率越做越高、谐振技术也逐步开始流行。

高频率可以有效减小磁性元件体积、但高频率同时带来的开关损耗呈几何式增加，很大程度上影响了效率，然而谐振技术的加持，实现了功率器件的软开关，可以有效的降低开关损耗和EMI，但谐振使得器件的应力增加......等问题。

技术就是一个不断探索的过程，解决了一个问题同时又出现了新的问题，所以在设计中往往是根据实际情况有取舍的设计，尽量找到最优的折中方案。往往实际产品设计很考验一名工程师的水平。

高频逆变的应用场景：电焊机、冲击钻、风机、切割机、空压机等。

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第一节 功率板原理图总结

（一） 主功率板拓扑

前级采用推挽结构(开环)，后级采用全桥(闭环)；

外形展示

输入DC48V，输出AC220V，输出功率2kW，效率94%。

（二）功率板详解

（1）前级推挽(DC-DC)升压。

前级推挽

输入选用48V电池供电，输入级需加防反接措施(如串联二极管、保险丝或空气开关等)，低压母线需并联电解电容器(由于是谐振式，根据经验1A电流需450uF左右；若是硬开关式，经验值1A电流需250uF左右)，有已知参数计算出输入电流的大小，确定输入电容量，2kW高频逆变，输入48V，输入电流约为45A，则输入电容量约20000uF,由于电解电容内阻大且高频特性差，实际中需选取多支电容并联，从而减小等效内阻。若电解电容容量太小，导致电容发热，严重影响效率。

输入为直流，变压器磁芯容易饱和，为了防止饱和，必须保证工作在1、3象限，所以工作时，变压器的两个绕组电流方向相反。

高频谐振回路：利用变压器漏感作为谐振电感(若漏感太小需外加电感)。调节谐振电容值来改变谐振频率，调试中应使谐振频率稍小于工作频率，避免批量生产时，由于元件参数差异导致无法实现软开关。

器件选型：MOS管电流余量为(3-5倍)，电压余量(3-4倍)

谐振电容：采用CBB电容(村田或厦门法拉)

变压器磁芯：材料选择铁氧体或非晶环(天磁或东磁)

（2）后级H桥(DC-AC)逆变

后级H桥

后级采用SPWM调制全桥逆变，实现AC220V稳压输出。输出采用LC滤波，负载增大，滤波电感值会减小。

（三）辅助功能

（1）风扇控制

温度超过阈值，驱动卡输出信号驱动三极管Q9导通，风扇正常工作，二极管D12防止反峰电压(风扇可以选取变压器辅助绕组供电或直接有电池供电，注意选取规格)。

（2）电池电压检测

电池电压检测超过阈值范围，逆变器停止输出。

（3）母线电压限制

TL431和PC817组成高压限制电路，由分压电阻控制限压值，通常将高压限制在输入电压最大值时对应高压母线电压(限制电压过低容易炸前级管子，限制值电压太高容易炸后级管子)，限制高压值就相当于限制最大占空比，若输入电压太低，占空比提前被限制，随着负载加重，会出现尖峰，导致前级炸管；若限制电压太高，尖峰被变压器放大，容易炸后级的管子。

（4）温度检测

温度传感器接H桥，输入前级驱动卡温度检测引脚。

（5）辅助电源

辅助电源采用反激拓扑结构，该电路结构简单，通俗易懂，不做详细介绍，C为控制端，控制电压约为5V，前级D6和D5组成TVS吸收回路，后级采用半波整流。

（6）缓冲启动电路

R35和C26组成RC延时电路，C26充电至9V以上，D19导通，三极管Q15导通，继电器吸合，软启完成；关机时由D20构成回路放电，为下一次开机做准备。三极管Q16被Q15导通后拉低，后级驱动正常供电。

（7）蜂鸣器控制

蜂鸣器受两个电压控制，分别为前级开机信号和后级短路信号控制。逆变器开启蜂鸣器会响2s左右，提示正在开机，开机完成蜂鸣器停止发声；或逆变极短路，蜂鸣器会发出声响。

（8）输出功率限制

由交流输出回路取信号通过运放放大，再由二极管整流为直流，经LC滤波输入后级驱动卡，限制输出功率。

（9）启动尖峰抑制

启动尖峰抑制：高压母线电容前加辅助启动电阻(水泥电阻)，由于输入软启过程中，输出占空比非常小，死区时间相对较大，电容充电电流非常大，短时间内，会出现非常大的尖峰电流，所以高压回路需串联限流电阻，当软启(2s)完成时短路限流电阻进入正常工作模式(可以采用继电器或MOS管)。