一种多功能输出开关电源

5 占空比限制与输出交流电压的削顶

5．1 PI调节器输出限幅的考虑

由于所采用的专用驱动芯片IR2110是通过自举供电方式来驱动桥臂上管的(如图4所示)。所以，在上、下管驱动信号恒低或恒高时，给上管供电的自举电容C1能量得不到补给。当电容上的能量放完后，上管关断，就会出现此桥臂无驱动信号，无输出的现象。尤其是直流电压时，常有这一现象。

图4 逆 变 级 驱 动 电 路

在逆变器控制中，PI调节器输出的幅度如果超过三角波的幅度，就会塑封电感出现过调制的现象，此时，PWM驱动脉宽会过窄或过宽，大电流电感还会使上述自举电路工作不正常。因此，必须对占空比的最大值与最小值加以限制。

具体方法是，可以在PI调节器的输出端作一定的限幅（见图3），使控制电路不出现过调制的情况，限制PWM的最大、最小占空比，使IR2110的自举电容C1能及时充电。采用限幅的另一个好处是消除了由于IR2110自举失败导致的电路损坏，提高了可靠性。

5．2 输出电压不正常削顶的消除

逆变器控制电路的限幅会使输出波形削顶。但在交流输出未达到限幅值之前，可能首先出现明显的单边削顶（例如在正半波的峰值处）。主要原因是三角波不对称，存在直流偏置，在与PI调节输出比较时，出现一边被限幅，造成输出单边削顶现象。提高母线电压，使实际需求的占空比变化范围缩小，可以消除输出削顶现象。

但是，随最大占空比的下降，调制比下降更快。这会降低母线电压的利用率，导致逆变级的容量扩大。本文的电路用低偏压、低噪声精密运算放大器来产生三角波，同时采用纠偏方插件电感法消除直流偏置、确保三角波的对称性，提高了母线电压的利用率。

为确保电路正常工作，同时输出波形不削顶，在此电路中设定最大占空比为0.85，相应的最大调制比为0.7。

6 电流源母线电容的选取

母线的电容值可以根据式（3）计算

C= （3）

式中：C是母线输出电容；

Vs是前级整流输入电压；

D是其中一管导通的占空比；

L是母线滤波电感

n是原副边绕组的匝比；

ΔVc是输出纹波电压；

f为前级工作频率。

但是逆变器输入电流并不是真正的直流电流，除直流成分外，还含有双倍于输出频率的交流分量和高频分量。对电流源在输出电流为最大时，这些高频分量会很大，需要母线提供很大的高频纹波电流，所以在尽量加大电解电容的同时，应多采用高频性能优越的电容。不仅可以满足后级高频纹波电流的要求，同时也可以减小后级高频分量对前级的影响。

7 电路实验波形

图5是电压源满载下输出200V交流有效值时的波形，波形THD<2％。图6是电流源满载下输出30A交流有效值时的波形，波形THD<1％。

电 压 ：100 V/格 ； 时 间 ：10 ms/格

图5 电 压 源200 V交 流 有 效 值 输 出 波 形

电扁平型电感 流 ：50 A/格 ； 时 间 ：4 ms/格

图6 电 流 源30 A交 流 有 效 值 输 出 波 形

8 结语

本文电压源和电流源两部分的逆变级控制共用同一控制电路，通过信号切换选择电压源或者电流源输出。每一部分采用前级DC/DC隔离电源与桥式逆变电路相结合，改变基准信号可以使逆变器选择输出交流或直流。通过严格控制三角波的对称性与合理确定调制比，能确保电路的正常工作和提高母线电压的利用率。最后通过一台试验大功率电感样机验证了以上的设计。

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