逆变器学习笔记(二)

用正点原子示波器看交流220V波形的时候,一定注意先把探头调到X10档位!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

全桥LLC电路:

1.电感的两种模式------DCM和CCM的区别:

DCM(Discontinuous Conduction Mode,断续导通模式)和CCM(Continuous Conduction Mode,连续导通模式)是电感电流工作模式的两种不同状态。它们在电力电子转换器中的表现和应用场景有所不同。

电流波形CCM模式 :电感电流在整个开关周期内保持连续,即始终大于零。电感电流在每个开关周期内的最低值不为零。电流波形比较平滑,电流纹波较小。DCM模式 :电流波形不连续,电流纹波较大。电感电流在一个周期内上升、下降并最终降到零。电感电流在每个开关周期内的一部分时间会降到零。操作条件:CCM模式 :适用于较高负载电流的情况。负载电流大于临界电流时,电路工作在CCM模式。DCM模式 :负载电流小于临界电流时,电路工作在DCM模式。适用于较低负载电流的情况。效率CCM模式 :在高负载条件下,效率通常较高,因为开关损耗和电流纹波较小。适用于需要恒定输出的应用场景。DCM模式:在轻负载条件下,效率较高,因为电感电流在部分周期内为零,减少了开关损耗。适用于动态响应要求高和轻载情况下的应用场景。

控制复杂度CCM模式 :控制相对简单,因为开关频率和电流波形比较恒定。易于设计滤波器,因为电流波形平滑。DCM模式:控制相对复杂,因为开关频率可能变化,需要更复杂的控制算法。电流波形不连续,需要考虑较大的电流纹波。

稳态分析CCM模式 :稳态方程和电路模型比较简单。输出电压和负载电流的关系可以通过平均值法分析。DCM模式:稳态方程和电路模型相对复杂。需要考虑电流在每个周期内的变化,通常采用时域分析。

应用场景CCM模式 :高功率DC-DC转换器(如电动汽车充电器、服务器电源)。稳定负载的供电系统。DCM模式 :轻载条件下的电源管理(如待机电源、便携式设备)。动态负载变化较大的系统。结论:CCM 适用于高负载、需要恒定输出和简单控制的应用。DCM适用于轻负载、高效率和动态响应要求高的应用。输出电压影响因素:工作CCM模式时,输出电压与负载电流无关。工作DCM模式时,输出电压受负载影响,为了控制电压恒定,占空比必须随着负载电流的变化而变化。断续,连续是在一些负载的情况下,当负载变得较大时,断续模式也会变成连续模式,而正常负载都是连续模式的电源,在负载较小时,也可能会变成断续模式,这两种模式不是固定的。

逆变器中的iTHD(Total Harmonic Distortion of Current,电流总谐波失真)值是衡量输出电流中谐波失真的重要指标。它表示电流中谐波成分与基波成分的比率,用于评估逆变器输出电流的质量。较低的iTHD值表示电流波形更接近理想的正弦波,电流质量更高。

测量iTHD通常使用谐波分析仪或功率质量分析仪。这些设备能够对电流波形进行傅里叶变换(FFT),分离出各次谐波分量,并计算iTHD值。

过流保护可以采用PPTC自恢复二极管。

2.开关电源三种控制模式:PWM/PFM/PSM:

PWM(频率不变,不断调整脉冲宽度) PFM(脉冲宽度不变,调整频率)(LLC输入的波形是PFM波形)

PSM(频率和脉宽都不变,脉冲时有时无)

PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)

PWM通过调节每个脉冲的宽度(占空比)来控制输出电压或电流,开关频率保持恒定。优点稳定性高 :由于开关频率恒定,容易设计滤波器,输出电压纹波较小。简单实现 :控制电路相对简单,容易实现精确的电压或电流控制。宽负载范围 :适用于各种负载条件,从轻载到重载都能有效工作。缺点:效率 :在轻载条件下,效率可能较低,因为固定频率的开关损耗仍然存在。EMI问题:恒定的开关频率可能导致较强的电磁干扰(EMI),需要额外的EMI滤波设计。

PFM(Pulse Frequency Modulation,脉冲频率调制)

PFM通过调节脉冲的频率来控制输出,而脉冲宽度保持恒定。频率随负载变化,负载越轻,频率越低。优点高效率 :在轻载条件下效率较高,因为开关频率降低,减少了开关损耗。低静态功耗 :由于频率降低,系统的静态功耗较低,适合电池供电的应用。缺点输出纹波大 :由于频率变化较大,输出电压纹波较大,滤波器设计复杂。动态响应慢:频率调整可能导致动态响应较慢,适应负载变化的速度较慢。

PSM(Pulse Skip Modulation,脉冲跳跃调制)

PSM通过在负载较轻时跳过部分开关周期来控制输出。只在需要时进行脉冲输出,其他时间开关保持关闭。极高效率 :在超轻载条件下效率最高,因为开关频率极低,几乎没有开关损耗。低静态功耗 :开关频率极低,静态功耗非常低,适合待机和超轻载应用。缺点输出电压纹波极大 :脉冲跳跃导致输出电压波动较大,需要设计复杂的滤波器。控制复杂:控制算法较复杂,动态响应可能较慢,难以适应快速变化的负载。

LC谐振电路在处理PWM(脉冲宽度调制)信号时,可以将PWM信号转换为接近正弦波的波形。这是由于LC谐振电路的频率选择特性和滤波作用.

LC谐振电路通过选择性地滤除PWM信号的高频谐波分量,只保留基波成分,从而将方波信号转换为接近正弦波的信号。 PWM正弦波的本质是基波和谐波的叠加,而基波和谐波都是正弦波。

  • 谐波滤波:LC谐振电路对基波频率的响应最强,而对其他频率(特别是高频谐波)的响应较弱。因此,谐振电路可以滤除大部分高频谐波,只保留基波成分。

  • 输出波形平滑:经过LC谐振电路后,PWM信号的高频谐波成分被滤除,输出波形变得平滑,接近于正弦波。

选择LC谐振电路的谐振频率(f₀)与PWM信号的基波频率匹配。这样,LC谐振电路在这一频率下具有最大响应。

注意:下图中的L还包括变压器的漏感:

3.LC谐振时电容电感特性

在逆变器等应用中,LC滤波器可以将PWM信号转换为近似正弦波。电容器在谐振时储存电能,并与电感器之间交换能量,维持谐振过程。能量在电感和电容之间的交换使电路能够响应特定频率的输入信号。

串联谐振电路让谐振频率通过;并联谐振电路不让谐振频率通过;

3.变压器DCDC升压部分:

直流24V蓄电池电压通过Cin滤波电容连接到全桥MOS管Q1 和Q3的D端,Cin滤波电容采用了多个MLCC低ESR的电容并联,Q1、Q2 和 Q3、Q4,驱动信号为频率70KHz、占空比为 50%、上下管死区为500nS 的PWM互补信号,谐振电路器件由 Lr,Cr 组成串联谐振,调试时调整 PWM 频率使其对应到 Lr,Cr 谐振点上,目的使其Q1和Q2能实现零电流开启和关断,让PWM频率适应LC谐振的频率,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 24V 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。

4.全桥准谐振电路

全桥准谐振电路(Full Bridge Quasi-Resonant Circuit)是一种用于高效功率转换的拓扑结构,通常用于DC-DC变换器或逆变器中。准谐振电路通过利用谐振元件(电感和电容)的特性,实现零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS),从而减少开关损耗,提高效率。

基本原理:全桥准谐振电路采用全桥结构和谐振元件,通过控制开关器件的导通和关断时刻,使开关在零电压或零电流条件下工作,从而降低开关损耗和EMI问题。

关键组件:
  1. 全桥逆变器:由四个开关器件(如MOSFET或IGBT)组成的桥式电路,通过控制开关的开通和关断来转换直流电压。

  2. 谐振电感和电容:用于形成谐振网络,使电流或电压波形呈现谐振特性,辅助实现ZVS或ZCS。

  3. 控制电路:用于控制开关器件的导通和关断时刻,确保在合适的时刻实现ZVS或ZCS。

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5.开源学习方案EGD1000W_V2纯正弦波逆变器_DC24V-AC220V:

官方链接:

方案详情 | EGmicro

立创开原链接(基于官方,验证):

1000W逆变器 - 嘉立创EDA开源硬件平台 (oshwhub.com)

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