模塊化逆變電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

規(guī)則采樣Ⅱ法的原理如圖2所示，在三角載波的負(fù)峰值時(shí)對(duì)正弦調(diào)制波采樣，得到圖中E點(diǎn)，采樣電壓為urE=MsinωCtE。E點(diǎn)水平線在三角波上截得A、B兩點(diǎn)，兩點(diǎn)間的時(shí)間就作為SPWM波在該載波周期的脈寬時(shí)間t2。由相似三角形的比例關(guān)系可得下式：

脈寬時(shí)間(1)

間隙時(shí)間(2)

Tc為三角載波的周期。利用式（1）可以很快地計(jì)算出各個(gè)脈沖寬度，而兩個(gè)脈沖之間的間隙時(shí)間為前一脈沖的t3與后一脈沖的t1之和。

圖3是產(chǎn)生PWM數(shù)據(jù)的程序流程：

圖3產(chǎn)生PWM數(shù)據(jù)的程序流程圖

(a)主程序(b)計(jì)算某相數(shù)據(jù)子程序

圖4VICOR模塊調(diào)壓原理

程序中，計(jì)算某相數(shù)據(jù)的子程序是三相公用的。其中一個(gè)參數(shù)是正弦調(diào)制波相位，改變這個(gè)參數(shù)可分別計(jì)算出A、B、C數(shù)據(jù)，并且可以補(bǔ)償因?yàn)V波元件參數(shù)不一致而導(dǎo)致的三相不平衡。計(jì)算完各開關(guān)點(diǎn)時(shí)間后，將時(shí)間轉(zhuǎn)換為0、1位串的字節(jié)長(zhǎng)度，這個(gè)過(guò)程要進(jìn)行四舍五入，修正值初值為0.5。但四舍五入一般會(huì)帶來(lái)數(shù)字節(jié)的誤差，為了保證總的字節(jié)數(shù)成整k，需要以逐次逼近方式修改修正值。

此部分電路中，一555多諧振蕩器產(chǎn)生819.2kHz時(shí)鐘，經(jīng)12位計(jì)數(shù)器進(jìn)行地址變換，使存儲(chǔ)于ROM中的PWM數(shù)據(jù)周期性地輸出，再由專用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110驅(qū)動(dòng)MOSFET三相全橋進(jìn)行逆變。

4輸出電壓控制

介紹這部分前，需先對(duì)VICOR模塊的調(diào)壓原理進(jìn)行了解，參見圖4。

VICOR模塊的電壓調(diào)節(jié)端TRIM同時(shí)也是模塊內(nèi)部誤差放大器的電壓給定端，經(jīng)一個(gè)10kΩ電阻與2.5V基準(zhǔn)串聯(lián)，此端懸空時(shí)，誤差放大器的給定電壓為2.5V，模塊輸出額定電壓。由TRIM端外接電阻到－OUT端與10kΩ電阻對(duì)2.5V分壓，使誤差放大器的給定電壓降低，模塊的輸出電壓即被按比例地調(diào)低；由＋OUT端外接電阻到TRIM端與10kΩ電阻對(duì)輸出電壓分壓，輸出電壓亦被按比例地調(diào)高。模塊的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍是額定值的5％到110％。值得注意的是，若TRIM端電壓過(guò)高，將導(dǎo)致模塊的過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作。

使模塊的電壓調(diào)節(jié)端TRIM隨著系統(tǒng)輸出電壓有效值的變化而反向變化，即可構(gòu)成負(fù)反饋閉環(huán)回路。可以看出，若將系統(tǒng)抽象為一閉環(huán)系統(tǒng)U(s)=U0×C(s)/F(s)，模塊內(nèi)的2.5V基準(zhǔn)也是系統(tǒng)的給定值U0，負(fù)反饋環(huán)路可抽象為反饋通道傳遞函數(shù)F(s)。系統(tǒng)有68V、36V兩次穩(wěn)壓過(guò)程，只需在切換數(shù)據(jù)頁(yè)的同時(shí)相應(yīng)改變F(s)中的反饋系數(shù)即可。

此部分的電路參見圖5。

輸出的三相電壓經(jīng)整流濾波后，在電位器RP1的滑臂上取得反饋電壓，該電壓經(jīng)光耦N1隔離、反相后送到VICOR模塊的TRIM端，即構(gòu)成了負(fù)反饋環(huán)。這里光耦三極管等效為一個(gè)接在TRIM和－OUT端的受控可變電阻，這樣有效地防止了TRIM端上的反饋電壓過(guò)高。

通電后，首先＋15V經(jīng)R對(duì)C充電，充電時(shí)間常數(shù)由二者的乘積決定。當(dāng)C上的電壓不超過(guò)穩(wěn)壓管DZ穩(wěn)壓值加0.7V時(shí)，T1不導(dǎo)通，集電極輸出為高電平，選中ROM里存儲(chǔ)68V數(shù)據(jù)的頁(yè)面，同時(shí)，三極管T2、達(dá)林頓光耦N2導(dǎo)通，電位器RP2與RP1并聯(lián)，這個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于起動(dòng)階段輸出68V高電壓；當(dāng)C上的電壓超過(guò)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值加0.7V后，T1導(dǎo)通，集電極輸出為低電平，選中存儲(chǔ)36V數(shù)據(jù)的頁(yè)面，同時(shí)T2、N2截止，RP2支路斷開，RP1滑臂上的反饋電壓增大，系統(tǒng)反饋系數(shù)也變大，輸出將降低，這時(shí)對(duì)應(yīng)于正常工作階段輸出36V。

圖5電壓控制電路

這里，用PWM數(shù)據(jù)的調(diào)制度大致決定輸出電壓幅度。確定此參數(shù)時(shí)，斷開負(fù)反饋環(huán)，VICOR模塊輸出額定電壓，系統(tǒng)帶滿載并能輸出預(yù)定電壓時(shí)的調(diào)制度，就是合適的取值，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，68V、36V的調(diào)制度分別取為1.50、0.50。用電位器RP1、RP2可對(duì)輸出電壓在一定范圍內(nèi)微調(diào)。輸出36V時(shí)，僅RP1起作用，故應(yīng)先調(diào)定RP1，再用RP2對(duì)68V調(diào)節(jié)。

取樣電阻值的選擇很重要，選得過(guò)小，光耦會(huì)出現(xiàn)飽和情況，系統(tǒng)就會(huì)振蕩；選得太大，光耦不足以導(dǎo)通，負(fù)反饋環(huán)起不到調(diào)節(jié)作用。

5產(chǎn)品性能和應(yīng)用情況

研制的電源能滿足外形尺寸要求，能以簡(jiǎn)潔的電路實(shí)現(xiàn)并完全達(dá)到各性能參數(shù)的關(guān)鍵在于VICOR模塊與逆變部分的巧妙配合。以下是產(chǎn)品的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：

（1）輸出電壓：

穩(wěn)壓精度——30s內(nèi)：空載：69.0V滿載:67.5V

30s后：空載：36.3V滿載:36.0V

頻率——開機(jī):401.5Hz帶載一小時(shí):398.5Hz

THD——輸出68V空載:0.5％80％負(fù)載:3％

輸出36V空載:0.2％80％負(fù)載:0.5％

三相不平衡度： 2%

（2）最大輸出功率：210VA

（3）效率：65％(滿載)

（4）輸入電壓：（21～32）VDC

本模塊化逆變電源試制成功后，除用于該型魚雷外，還用于某型雷達(dá)及某研究所的航空傳感器測(cè)試平臺(tái)等場(chǎng)合，用戶反映良好。