在高频逆变器中功率元件的利用率比较低,所以在中大功率高频逆变器中采用多功率管和多变压器架构的方式较多,也有许多网友采用多变压器架构制作高频逆变器的产品 。
多变压器架构:1. 温升低,磁芯表面积较大,散热好;受最小匝数的限制铜铁损设计可以更合理。 2. 热均衡,功率管和变压器均匀分布,热源分散。
一、推挽初级并联次级串联多变压器架构
PWM推挽空载驱动波形
PWM推挽满载驱动波形
PFM推挽空载驱动波形
PFM推挽满载驱动波形
设计要点:推挽初级并联次级串联多变压器架构目前应用比较多,具有电路简单,成本低……等特点,每个变压器输出1/2(1/n)的功率和电压,使得变压器的初级绕组所需的截面积减小,次级绕组的匝数也减少,变压器的绕制相对更容易,而且每组功率管均流较好;但同样有偏磁的可能,所以对多变压器的走线有着更高的要求,布局需要考虑对称性。
二、全桥初级并联次级串联多变压器架构
PWM全桥空载驱动波形
PWM全桥满载驱动波形
PFM全桥空载驱动波形
PFM全桥满载驱动波形
全桥初级并联次级串联多变压器架构每个输 出同样是1/2(1/n)的功率和电压,功率管的电压应力相对较低,功率管也能得到较好的均流; 但由于电路较复杂,成本较高,实际应用较少。 部分特殊场合采用变压器初级直接并联方式,但这样虽然降低了成本,但要实现功率管较好的均流比较困难,而且需要考虑变压器的一致性。
三、推挽交错并联多变压器架构
PWM推挽交错空载驱动波形
PWM推挽交错满载驱动波形
PFM推挽交错空载驱动波形
PFM推挽交错满载驱动波形
推挽交错设计要点:推挽交错多变压器架构的每个变压器输出1/2 (1/n)的功率,但所输出的电压不变,输入和输 出端功率管的电流大幅减小,同时每组功率管都 可以实现自动均流,可以采用N+1多相交错的方式 实现更大功率;但控制电路相对较复杂些,需要 给每个单元同步交错控制,同时还需要做好缺相保护控制。
四、全桥交错并联多变压器架构
PWM全桥交错空载驱动波形
PWM全桥交错满载驱动波形
PFM全桥交错空载驱动波形
PFM全桥交错满载驱动波形
全桥交错并联设计要点
全桥交错并联多变压器架构同样是每个变压器 输出1/2(1/n)的功率,同时也能实现功率管的自动均流和N+1扩展功率,功率开关管的电压应力更低,多用于输入电压较高的场合(48V以上),但控制电路复杂,成本也较高。
PWM和PFM在逆变器上的应用
目前PWM控制方式在逆变器的应用上较多,相 关的成熟控制方案也很多,方案成本较低,EMI相 对较低;而PFM模式的控制方案较少,其优点在于平均效率高、静态功耗低、响应速度快……。逆变器上采用PFM控制方式可以很好的实现恒功率模式输出,对于感性负载是比较好的解决方案,在大功率直流焊机上也得到了广泛的应用。
前级交错控制在逆变器上的意义
高频逆变器前级交错控制在逆变器上的主要优势在于可以方便的利用N+1方式实现更大功率,由于高频逆变器后级的H桥变流器使得工作时的低频纹波较大,所有前级交错控制降低高频纹波的意义不大。