銳駿系列大功率MOS管在逆變器中的優越性能

銳駿RU系列大功率MOS管在逆變器中的優越性能

銳駿MOS管的性能在業內已經有很好的口碑，大功率、中壓大電流都是我們產品的特點所在，并且已能完美替代IR公司、ST公司和NEC公司的一些產品。但是如何更具體的體現銳駿產品的優越性能，下面我們通過在逆變器的具體應用中來體現：

一、 本逆變器相比于傳統工頻變換的優點：

更小的體積；更輕的重量；極高的效率；更低的噪聲；更寬的輸入電壓范圍；完善的保護功能（具有輸入欠壓過壓保護，過流短路保護，過熱保護。）

二、 本逆變器采用DC-AC-DC-AC高頻構架的兩極功率變換

系統結構圖

主電路框圖

前級由Q1,Q2,T1組成35KHZ的高頻推挽式變換器，負責把電池BT1上10.5-14V的直流電變換成35KHZ的高頻交流電，再通過T1升壓，D1-4橋式整流，C2濾波變換成約220-320V的高壓直流電，最后通過后級全橋變換成220V50HZ的交流電供給負載使用。

其中Q1,Q2使用了銳駿半導體有限公司的RU6099,為了達到一定的功率余量，提高效率和增加穩定性各采用了4只RU6099并聯使用。

為了通過兩級變換達到輸出220V50HZ的目的，Q1-6及J1的時序如下

電氣性能

輸入		輸出
電壓范圍	10.5-14V	電壓	220V+-5%
頻率	DC	頻率	50+-1Hz
效率	>90%	額定功率	1000W
溫度保護點	90+-5℃	峰值功率（2S）	2000W
熔絲電流容量	3*40A	波形	準正弦波

三、 主要功率器件的選用及設計

1、前級功率管Q1,Q2：

Q1,Q2在輸入最低電壓為10.5V時達到額定功率承受的電流為：

I=1.4(P/η)/Umin=1.4(1000/0.9)/10.5=148A

其中：

1.4: 推挽結構的電流系數：即變壓器初級最大電流是平均電流的倍數；

P: 輸入額定功率；

η：逆變器的效率；

Umin: 輸入最低電壓。

考慮到逆變器需要承受2000W的峰值功率，因而選管時電流要加倍，因而實際Q1,Q2需要承受148*2=296A的最大電流，實際選用了4只120A的RUICHIPS公司的RU6099并聯達到這個電流并留有一定的余量。

2、主變壓器T1的設計：

根據TDK磁芯手冊，選用EC42-20磁芯，PC40材質，考慮到功率密度，磁芯損耗和開關損耗的折中,頻率選定35KHZ 。

初級匝數的計算:

Npri=Umax*100000000/(4fBA)=14*100000000/(4*35000*2000*2.54)=1.97T，實際取2T,因為推挽結構，初級為;2T+2T.

其中：

Umax：最大輸入電壓；

f:開關頻率

B:最大輸入電壓時的工作磁通密度；

A:磁芯中柱的截面積

次級匝數的計算：
根據變壓器原理有

Uout=D(Nsec/Npri)*Umin

Nsec=(Npri/D)(Uout/Umin)=(2/0.95)(220/10.5)=44T,考慮到各種損耗，實際取值45T

其中：

D:占空比

Uout：輸入最低電壓時的輸出電壓

初級線徑的選取：

當輸入最低電壓時初級的平均電流為：

(1000/0.9)/10.5=106(A)

強制風冷取5.5A/mm*mm的電流密度需要106/5.5=19.3mm*mm

次級線徑的選取：

根據變壓器原理

次級線徑為：19.3/（45/2）=0.86mm*mm

3、高壓整流二極管的選取：

估算整流管的最大電流=2000W/220*1.4=12.6A,實際選用RHRP15120,15A1200V的管子。

4、后級高壓MOS管的選取：

估算后級高壓MOS管的最大電流=2000W/220=9A，為了能帶沖擊性比較大的負載選用仙童的FQA24N50,24A,500V的管子。

四、PWW和驅動電路

本電路前級和后級各采用一塊SG/KA3525作為PWM發生電路，前級振蕩頻率為70KHZ,分頻后在11,14腳產生35KHZ的開關信號通過圖騰柱分別驅動4只RU6099;后級振蕩頻率為100HZ,分頻后在11,14腳產生兩路50HZ的開關信號，這兩路50HZ的開關信號各分兩路，一路直接驅動后級全橋的兩個下管，一路反相后自舉驅動后級全橋的兩個上管。

五、 保護電路

為了使逆變器能在各種惡劣的環境中可靠工作而不至于損壞，本機設計了多種保護電路:

1、電池欠壓保護

當電池電壓低于10.5V時，為了使電池不至于因為過放電而損壞和逆變器不會因為輸入電壓過低而損壞，本機設計了欠壓保護，其原理為通過比較器設定一個窗口電平，用輸入電壓衰減后和這個窗口電平相比較，低于窗口電平會使比較器發出高電平關斷逆變器。

2、電池過壓保護

當電池接錯，超出逆變器允許的輸入電壓時，逆變器將被關閉，其原理為：電池過壓時，串聯在前級SG/KA3525第10腳于電池之間的穩壓管會被擊穿，第10腳處于高電平，前級被關斷。

3、過流短路保護

為了使當輸出短路或負載長時間超出額定功率時逆變器不被損壞，本逆變器設計了過流短路保護。其原理為：在后級直流高壓的回路上串聯了一個取樣電阻用來檢測輸出功率的高低，這個取樣電阻兩端的電壓就代表了輸出功率的大小。當檢測到輸出短路或負載長時間超出額定功率逆變器都會被關斷。

4、過熱保護

為了使逆變器過熱時不被損壞，本逆變器設計了過熱保護，其原理為在功率管的散熱片上安裝了PTC熱敏電阻作為溫度傳感器檢測機內溫度的高低，當機內溫度超過逆變器允許的溫度時，逆變器會自動停止工作，直到溫度降低到安全溫度并重新開機逆變器才恢復工作。

六、 測試規范

1、測試方法

先調整相應的跳線只給前后級驅動電路供電，測試前級開關頻率應該在35K左右，后級開關頻率應該在50+-1 HZ左右,相差較大的話要調整相應的電阻。驅動波形應該良好才給功率級供電，功率級供電要先用帶限流功能的小功率穩壓電源供電，然后進行空載調試，前級直流高壓限壓320V,后級輸出調到225V空載即可。最后用大功率電源供電帶載調試調整好過流保護點。

2、特別注意事項

電池接反會燒毀前級的熔絲，但不會損壞其他部分，更換熔絲即可正常工作。

七、 PCB規格書