【应用】基于EGS003正弦波方案的EGD1000W逆变器方案，纯正弦波输出、超薄型变压器设

时间： 2021-07-21 来源：屹晶微电子

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EGD1000W 逆变器方案为DC-DC-AC两级功率变换结构，前级为隔离DC-DC升压电路，采用了零电流软开关推挽准谐振结构，将蓄电池直流12V转换到310V～400V高压直流母线电压，后级为DC-AC全桥变换器，采用了市场上广泛应用的EGS003 SPWM驱动模块，将高压直流母线电压转换到220VAC的纯正弦波电压，具有稳压精度高、波形失真小等特点。

图1 方案板实物图

1）DC/DC变换器—推挽准谐振变换原理

传统的推挽变换器，由于开关频率主要被开关管的开关损耗限制，开关频率一般都在30KHz～40KHz之间，导致所选的功率器件尺寸比较大，很难实现高效率及小体积的变换器。

在EGD1000W逆变器中，屹晶微公司采用了专有的软开关技术，该技术是准谐振的软开关推挽电路，具有开关频率高70KHz，变换器体积小，功率MOS管开关损耗小、效率高，成本低等优点，每个PWM周期里都使功率MOS管工作在零电流（ZCS）开启和关断模式，大大降低了开关管的发热量，同时也设计为满载1000W时无需外加散热片为目的，在逆变器市场上是前所未有的、完全创新的设计。现将结构描述如下：

图2 推挽准谐振原理图

图2为变压器推挽准谐振原理图，直流12V蓄电池电压通过Cin滤波电容连接到推挽变压器中心抽头公共端，Cin滤波电容采用了多个MLCC低ESR电容并联，Q1和Q2的驱动信号为频率70KHz、占空比为50%交替输出PWM，谐振电路器件由Lr，Cr组成串联谐振，调整PWM频率使其对应到Lr，Cr谐振点上，目的使其Q1和Q2能实现ZCS开启和关断，输出桥式整流由D1、D2、D3、D4组成，经Cout大电容滤波后得到较平滑的高压直流电压。直流12V升压到360V左右的高压主要由变压器的匝比来完成，合理设计变压器的匝比，使变换器工作在开环模式，来实现控制逻辑最简化。

为了更好的理解推挽准谐振电路的工作原理，现将Q1和Q2实现零电流开启和关断的过程描述如下:结合图2的原理图，谐振电路由Lr和Cr组成串联谐振，图3为Q1和Q2工作在软开关推挽模式下工作波形，”G1on Q1”信号为Q1MOS管的门极波形，”G2on Q2”信号为Q2MOS管的门极波形，两路为频率70KHz，占空比为50%，死区为500nS的PWM互补信号。假设正周期Q1的门极为高电平使其导通，12V电源将通过Q1加在T1变压器的NP1绕组两端，变压器的NS两端将产生12VxN倍的电压（N为变压器匝比），由变压器的同名端可知，NS的电压将通过Lr、Cr、D2和D3提供给负载，当电流流过Lr和Cr时，谐振电流将按正弦规律变化，此电流对应到变压器的初级电流如图3所示的“I1 on Q1”电流波形，“D1 on Q1”信号为Q1 MOS管的漏极波形，从图3中可以看出Q1的开启和关断都工作在零电流模式下。同理负周期Q2的开启和关断同样工作在零电流模式下。

图3 Q1 and Q2ZCS谐振时波形图

2）DC/AC变换器—EGS003 SPWM工作原理

如图3所示，EGD1000W的后级DC To AC逆变部分采用了单相全桥逆变电路，驱动电路采用了一款专门用于单相纯正弦波逆变器的驱动板EGS003。该驱动电路采用了单极性调制方式，两组桥臂分别由高频臂和工频臂组成，高频臂的调制频率为20KHz，上下管信号为死区可调的互补信号,工频臂为50Hz的上下管互补信号。逆变器的输出电压由EGS003驱动板的15脚VFB稳压反馈来完成，在正半周Q1和Q4导通、Q2和Q3截止时，逆变器的输出为上正下负，大小为Udc*M（调制系数），在负半周Q2和Q3导通、Q1和Q4截止时，逆变器的输出为下正上负，大小为-Udc*M，经L1，C1低通滤波器滤除高频信号后得到50HZ正弦波输出。

图3 EGD1000WDC-AC电路原理图

方案特点

隔离型DC-DC升压电路

纯正弦波输出

超薄型变压器设计，高功率密度

采用推挽准谐振变换结构

前级MOS管无需散热片

推挽级无漏感吸收回路

额定1000W功率输出

输入电压范围：10V～15VDC ±0.5V

输出电压：220VAC ±1%

开机软启动输出

电池欠压、过压保护

输出短路保护

过载保护

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