【導(dǎo)讀】電源設(shè)計(jì)首先要考慮的就是效率和可靠性。設(shè)計(jì)逆變電源考慮的則更多，很多資料只給出了部分資料，但是技巧和原理上卻是沒(méi)有講解。本文就由名家解析提升逆變電源的技巧和原理。
先從輸入回路的電解電容講起，逆變器的DC輸入電流通常很大。12V1000W的逆變器輸入電流最大可達(dá)120A以上，此時(shí)輸入端的電解電容的選擇就變得非常關(guān)鍵。如果選擇不當(dāng)，就會(huì)造成炸電解電容的故障。
這里并不是指選用一個(gè)較好的電容就可以，目前真正的低等效串聯(lián)電阻與電感值的高頻電解為數(shù)不多，并且價(jià)格昂貴。所以從實(shí)用性出發(fā)，目前主要靠普通電解多個(gè)并聯(lián)法來(lái)降低電容的溫升，同時(shí)注重風(fēng)道散熱設(shè)計(jì)來(lái)及時(shí)降溫。當(dāng)然，在“普通”中選好一點(diǎn)的品牌與品質(zhì)的電解是必需的。
下面來(lái)說(shuō)說(shuō)對(duì)不同負(fù)載特性適應(yīng)性問(wèn)題。這里主要分成兩個(gè)方面來(lái)講。一是逆變器自身的功率余量、允許最大帶載啟動(dòng)輸出電流與過(guò)流保護(hù)措施。二是對(duì)不同特性如感性、容性、負(fù)阻性等負(fù)載的適應(yīng)性。
一般如果在技術(shù)上沒(méi)處理好這些問(wèn)題，產(chǎn)品在使用時(shí)就易出現(xiàn)各種問(wèn)題。
“均流均壓”這簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單四個(gè)字里不但包含平衡驅(qū)動(dòng)、PCB布線均衡（布線的DC、AC電阻相等）、還包含了管體散熱均溫、MOS管的Ron動(dòng)靜態(tài)匹配（選管）等問(wèn)題。
除去并網(wǎng)之外，逆變器的自我保護(hù)問(wèn)題也是影響著逆變器的可靠性。這其中包括限流保護(hù)模式、熱關(guān)斷保護(hù)、用戶操作異常保護(hù)、負(fù)載異常保護(hù)、啟動(dòng)保護(hù)等等。
對(duì)于原器件的參數(shù)設(shè)定與選型一樣會(huì)影響到產(chǎn)品的可靠性。但對(duì)MOS管、超快整流二極管來(lái)說(shuō)，不同的封裝形式對(duì)可靠性的影響有時(shí)差別十分明顯，需要謹(jǐn)慎對(duì)待。
圖1
圖1是實(shí)測(cè)的推挽逆變電路的其中一邊MOS管的G極波形（1：1藍(lán)）與升壓變壓器的副邊電壓波（15：1黃），這是電路處在滿載1000WDC+24V輸入時(shí)的實(shí)測(cè)波形，可以看到另一路MOS管導(dǎo)通時(shí)串入到截止MOS管的G極的干擾尖刺波形。 主變的“振鈴尖刺”會(huì)通過(guò)A相或B相MOS管的結(jié)電容，在G極波形之間互串，即藍(lán)色驅(qū)動(dòng)波形中的“毛刺”部分。由于大部分逆變器的MOS管驅(qū)動(dòng)部分的供電與主振蕩IC一樣，都為單電源供電（用SG3525輸出直驅(qū)管MOS的同樣較為常見(jiàn)），因此驅(qū)動(dòng)波形以0V~+15V方波為多見(jiàn)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)波形如受到干擾（見(jiàn)上圖尖刺部分），如接近達(dá)到MOS管的Vth值，對(duì)系統(tǒng)的不良影響是非常大的。
如果接近Vth值，那么效率與溫升肯定會(huì)收到影響。如果采取一般的手段無(wú)法有效減低或避免這種干擾時(shí)，那么采用負(fù)壓關(guān)斷也就非常有必要了。這個(gè)問(wèn)題在專(zhuān)業(yè)的量產(chǎn)方案中，應(yīng)引起足夠的重視。
圖2
圖2為實(shí)測(cè)逆變器滿載時(shí)的推挽A相與B相MOS管的G極波形（1：10），由于采用了+15V開(kāi)通、-5V關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)方式，同時(shí)精選低Qgs的功率MOS管，驅(qū)動(dòng)波形的“尖峰”干擾大為減少，也可看到由于采用了負(fù)壓關(guān)斷，滿載時(shí)從對(duì)方相位串?dāng)_過(guò)來(lái)的“毛刺”被有效控制在0V線以?xún)?nèi)（紅圈），確保截止時(shí)期的MOS管能絕對(duì)可靠地截止關(guān)斷。在說(shuō)環(huán)路反饋與過(guò)流保護(hù)前，先來(lái)說(shuō)說(shuō)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與主功率管的散熱問(wèn)題。
圖3
舉一個(gè)實(shí)例：某山寨小企業(yè)抄板了某個(gè)已成熟的逆變電路，此電路在別人那里反映不錯(cuò)，而在自己這里的產(chǎn)品卻炸主功率MOS管的比例較高。攝氏25度環(huán)境時(shí)，輸出滿載1000W，10分鐘后圖4的B處（8個(gè)MOS管的中心位置）的溫度比A處高出6~8度！C處（綠圈）最低，比B處低14~15度。（C處為進(jìn)風(fēng)口，D為風(fēng)扇，樣機(jī)為進(jìn)風(fēng)設(shè)計(jì)，據(jù)說(shuō)是用以延長(zhǎng)含油軸承的壽命），同樣型號(hào)并聯(lián)工作的功率MOS管，實(shí)際工作的溫差那么大，對(duì)“均流”極其不利，所以更提不上高可靠性。采用康銅絲采樣時(shí)，由于為了減少損耗，一般輸出電壓極低，需放大后再作為反饋信號(hào)，多用作平均值限流控制，雖然響應(yīng)速度慢，但卻有限流精度高且穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)蓄電池電壓從14.5V下降到10.5V時(shí)，結(jié)合對(duì)限流值的補(bǔ)償，可獲得較理想的恒定輸出功率，不會(huì)導(dǎo)致因蓄電池電壓下降而影響逆變器的輸出功率。
結(jié)合散熱設(shè)計(jì)，對(duì)MOS管的并聯(lián)來(lái)說(shuō)，從參數(shù)篩選配對(duì)（如Ron、Qgs等的誤差最好小于5%）到每個(gè)MOS管的PCB的走線參數(shù)（PCB布線的AC、DC阻抗）相近、驅(qū)動(dòng)波形嚴(yán)格相同、工作時(shí)的溫升變化同步一致等等，當(dāng)然還有限流保護(hù)點(diǎn)的合理選定、裝配焊接工藝的各個(gè)細(xì)節(jié)都不能掉以輕心，這樣才能保證并聯(lián)工作時(shí)的高可靠性。
本篇文章對(duì)提高逆變電源可靠性的技巧進(jìn)行了講解，并以舉例的方式來(lái)幫助大家理解其中的知識(shí)點(diǎn)，希望大家在閱讀過(guò)本篇文章之后能夠有所收獲。
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