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如何提升逆變電源的可靠性?

2011-02-23 09:13 來源:電源網 編輯:Sky

電源網訊

首先說一下輸入回路的電解電容,我們知道,逆變器的DC輸入電流通常很大,一個12V  1000W 的逆變器輸入電流最大可達120A以上,此時輸入端的電解電容的選擇就非常關鍵了,選擇不當時,炸電解電容的故障就會變成‘家常便飯’了。

 

第二個要說的就是對不同負載特性適應性問題。這里又包含兩個問題,1. 是逆變器自身的功率余量、允許最大帶載啟動輸出電流與過流保護措施;2. 是對不同特性如感性、容性、負阻性等負載的適應性。一般如果在技術上沒處理好這些問題,產品在使用時就易出現各種問題。   

再者就是散熱問題,除了主功率開關器件、高頻整流二極管、主功率變壓器等部件,電解電容的散熱也不能掉以輕心.....

說到逆變器的可靠性,有一個不得不說的重要問題,就是MOS管的并聯問題,當然這里又包含了并聯驅動問題與PCB的布線問題?!熬骶鶋骸?這簡簡單單四個字里不但包含平衡驅動、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動靜態匹配(選管)等問題。

撇開并網,再一個對運行可靠性有舉足輕重的影響的是逆變器的“自我”保護問題,包括限流保護模式(前面已提到過),熱關斷保護,用戶操作異常保護,負載異常保護,啟動保護等等

這個說法不能說不對,其實如已及時關掉了后級,一般前級的過流也就能自行解除了。當然實用時前級高頻大功率DC/DC與后級50Hz/60Hz逆變部分都應具有性能良好的限流控制環路

對于原器件的參數設定與選型一樣會影響到產品的可靠性,這個自不必多說。但對MOS管、超快整流二極管來說,不同的封裝形式對可靠性的影響有時差別十分明顯!不得不認真重視之。

 


在談驅動問題前,先上一幅實測的推挽逆變電路的其中一邊MOS管的G極波形(1:1 藍)與升壓變壓器的副邊電壓波(15:1 黃),這是電路處在滿載1000W  DC+24V輸入時的實測波形,可以看到另一路MOS管導通時串入到截止MOS管的G極的干擾尖刺波形。

由于大部分逆變器的MOS管驅動部分的供電與主振蕩IC一樣,都為單電源供電(用SG3525輸出直驅管MOS的也不少見),因此驅動波形以0V~+15V方波為多見,此時驅動波形如受到干擾(見上圖尖刺部分),如接近達到MOS管的Vth值,則對系統的不良影響自不用多說,起碼也會影響效率與溫升。如采取一般的手段無法有效減低或避免這種干擾時,采用負壓關斷也就很有必要了。這個問題在專業的量產方案中,應引起足夠的重視。

 

此圖為實測逆變器滿載時的推挽A相與B相MOS管的G極波形(1:10),由于采用了+15V開通、-5V關斷的驅動方式,同時精選低Qgs的功率MOS管,驅動波形的“尖峰”干擾大為減少,也可看到由于采用了負壓關斷,滿載時從對方相位串擾過來的“毛刺”被有效控制在0V線以內(紅圈),確保截止時期的MOS管能絕對可靠地截止關斷。

在說環路反饋與過流保護前,接續4樓散熱話題,先來說說結構設計與主功率管的散熱問題。舉一個實例:某山寨小企業抄板了某個已成熟的逆變電路,此電路在別人那里反映不錯,而在自己這里的產品卻炸主功率MOS管的比例較高.....

后告知先送個樣機過來看看...拿到樣機拆開后發現8個TO-220封裝的主功率MOS管密集在一邊,鋁殼壁厚度才3mm~4mm...雖有熱探頭,還是無語了。

 


攝氏25度環境時,輸出滿載1000W,10分鐘后圖片B處(8個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?。–處為進風口,D為風扇,樣機為進風設計,據說是用以延長含油軸承的壽命),同樣型號并聯工作的功率MOS管,實
際工作的溫差那么大,自然對“均流”是極其不利! 所以可靠性不高就不足為怪了。

 

結合散熱設計,對MOS管的并聯來說,從參數篩選配對(如Ron、Qgs等的誤差最好小于5%)到每個MOS管的PCB的走線參數(PCB布線的AC、DC阻抗)相近、驅動波形嚴格相同、工作時的溫升變化同步一致(以后再詳說)等等,當然還有限流保護點的合理選定、裝配焊接工藝的各個細節都不能掉以輕心!  這樣才能保證并聯工作時的高可靠性。

 

附圖中的A是原邊互感器采樣,B是康銅絲采樣,在逆變器中A多用做峰值限流;B多為平均值限流模式。

采用康銅絲采樣時,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,多用作平均值限流控制,雖然響應速度慢,但卻有限流精度高且穩定的優點,當蓄電池電壓從14.5V下降到10.5V時,結合對限流值的補償,可獲得較理想的恒定輸出功率,不會導致因蓄電池電壓下降而影響逆變器的輸出功率。(電源網原創轉載請注明出處)


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