最大程度符合国家标准的逆变电源设计

本文介绍了一种稳定且输入功率高的逆变电源应用，采用这种电源进行测试，能够最大程度的接近国家测试标准。熟悉测试的朋友应该对长延时热脱扣试验方案不陌生，目前这种方案主要是使用逆变电源对断路器施加电压来制造测试电流，但是这种方式受到温度和硬件变化的影响，很难达到国家要求的标准。

在大部分的常用家电里，大家常常都能够看到包含逆变电源的设计。一般的逆变电源，利用12V/60AH蓄电池向上述家用电器供电，一次充满电后，可使用近5小时。不过，即使蓄电池电压充足，启动180立升的电冰箱仍有困难，因启动瞬间输出电压下降为不足180V而失败。电冰箱压缩机标称功率多为100W左右，实际启动瞬间电流可达2A以上，若欲使启动瞬间降压不十分明显，必须将输出功率提高至600VA.如在增大输出功率的同时，采用PWM稳压系统，可使启动瞬间降压幅度明显减小。无论电风扇还是电冰箱，应用逆变电源供电时，均应在逆变器输出端增设图1中的LC滤波器，以改善波形，避免脉冲上升沿尖峰击穿电机绕组。

图1

采用双极型开关管的逆变器，基极驱动电流基本上为开关电流的1/β，因此大电流开关电路必须采用多级放大，不仅使电路复杂化，可靠性也变差而且随着输出功率的增大，开关管驱动电流需大于集电极电流的1/β，致使普通驱动IC无法直接驱动。虽说采用多级放大可以达到目的，但是波形失真却明显增大，从而导致开关管的导通/截止损耗也增大。目前解决大功率逆变电源及UPS的驱动方案，大多采用MOSFET管作开关器件。

MOSFET管的应用

近年来，金属氧化物绝缘栅场效应管的制造工艺飞速发展，使之漏源极耐压（VDS）达kV以上，漏源极电流（IDS）达50A已不足为奇，因而被广泛用于高频功率放大和开关电路中。

除此而外，还有双极性三极管与MOSFET管的混合产品，即所谓IGBT绝缘栅双极晶体管。顾名思义，它属MOSFET管作为前级、双极性三极管作为输出的组合器件。因此，IGBT既有绝缘栅场效应管的电压驱动特性，又有双极性三极管饱合压降小和耐压高的输出特性，其关断时间达到0.4μs以下，VCEO达到1.8kV，ICM达到100A的水平，目前常用于电机变频调速、大功率逆变器和开关电源等电路中。

一般中功率开关电源逆变器常用MOSFET管的并联推挽电路。MOSFET管漏-源极间导通电阻，具有电阻的均流特性，并联应用时不必外加均流电阻，漏源极直接并联应用即可。而栅源极并联应用，则每只MOSFET管必须采用单独的栅极隔离电阻，避免各开关管栅极电容并联形成总电容增大，导致充电电流增大，使驱动电压的建立过程被延缓，开关管导通损耗增大。

MOSFET的驱动

近年来，随着MOSFET生产工艺的改进，各种开关电源、变换器都广泛采用MOSFET管作为高频高压开关电路，但是，专用于驱动MOSFET管的集成电路国内极少见。驱动MOSFET管的要求是，低输出阻抗，内设灌电流驱动电路。所以，普通用于双极型开关管的驱动IC不能直接用于驱动场效应管。

目前就世界范围来说，可直接驱动MOSFET管的IC品种仍不多，单端驱动器常用的是UC3842系列，而用于推挽电路双端驱动器有SG3525A（驱动N沟道场效应管）、SG3527A（驱动P沟道场效应管）和SG3526N（驱动N沟道场效应管）。然而在开关电源快速发展的近40年中，毕竟有了一大批优秀的、功能完善的双端输出驱动IC。同时随着MOSFET管应用普及，又开发了不少新电路，可将其用于驱动MOSFET管，解决MOSFET的驱动无非包括两个内容：一是降低驱动IC的输出阻抗；二是增设MOSFET管的灌电流通路。为此，不妨回顾SG3525A、SG3527A、SG3526N以及单端驱动器UC3842系列的驱动级。

图2

图2a为上述IC的驱动输出电路（以其中一路输出为例）。振荡器的输出脉冲经或非门，将脉冲上升沿和下降沿输出两路时序不同的驱动脉冲。在脉冲正程期间，Q1导通，Q2截止，Q1发射极输出的正向脉冲，向开关管栅极电容充电，使漏-源极很快达到导通阈值。当正程脉冲过后，若开关管栅-源极间充电电荷不能快速放完，将使漏源极驱动脉冲不能立即截止。为此，Q1截止后，或非门立即使Q2导通，为栅源极电容放电提供通路。此驱动方式中，Q1提供驱动电流，Q2提供灌电流（即放电电流）。Q1为发射极输出器，其本身具有极低的输出阻抗。

为了达到上述要求，将普通用于双极型开关管驱动输出接入图2b的外设驱动电路，也可以满足MOSFET管的驱动要求。设计驱动双极型开关管的集成电路，常采用双端图腾柱式输出两路脉冲，即两路输出脉冲极性是相同的，以驱动推挽的两只NPN型三极管。为了让推挽两管轮流导通，两路驱动脉冲的时间次序不同。如果第一路输出正脉冲，经截止后，过一死区时间，第二路方开始输出。两路驱动级采用双极型三极管集射极开路输出，以便于取得不同的脉冲极性，用于驱动NPN型或PNP型开关管。

前级驱动IC内部缓冲器的发射极，在负载电阻R1上建立未倒相的正极性驱动脉冲使三极管Q截止。在驱动脉冲上升沿开始，正极性脉冲通过二极管D加到MOSFET开关管栅-源极，对栅源极电容CGS充电，当充电电压达到开关管栅极电压阈值时，其漏源极导通。正脉冲持续期过后，IC内部缓冲放大器发射极电平为零，输出端将有一定时间的死区。此时，Q的发射极带有CGS充电电压，因而Q导通，CGS通过Q的ec极放电，Q的集电极电流为灌电流通路。R2为开关管的栅极电阻，目的是避免开关管的栅极在Q、D转换过程中悬空，否则其近似无穷大的高输入阻抗极容易被干扰电平所击穿。采用此方式利用普通双端输出集成电路，驱动MOSFET开关管，可以达到比较理想的效果。为了降低导通/截止损耗，D应选用快速开关二极管。Q的集电极电流应根据开关管决定，若为了提高输出功率，每路输出采用多只MOSFET管并联应用，则应选择ICM足够大的灌流三极管和高速开关二极管。

比较有经验的朋友一定已经看出，本篇文章当中的交流稳流源，实际上是电压型电流源。主要通过对输出电压进行快速的调节来实现稳流输出。当输出开路时，输出电压会迅速上升到到直流母线电压附近，而不会像电流型电流源那样升得很高。

但需要注意的是，即便是这样，在负载开路的状态下，输出电压仍旧会急速增长，并引起输出电压以LC谐振频率进行振荡，这两者均会导致输出波形严重畸变；此外，当输出负载重新接上时会引起输出瞬态过流。因此，所描述的交流稳流逆变电源应用于低压电器长延时热脱扣试验，适用于对断路器、热继电器等低压电器作长延时特性的校验和测试。

本文介绍了一种能够最大程度满足国家标准的逆变电源的应用，希望大家在阅读过本篇文章之后能对这种逆变电源有进一步的了解，并根据自身的不同情况来选择不同逆变电源。