串联谐振逆变电源凭借起动容易、易高频化的优点在高频逆变领域得到广泛应用。 全桥串联逆变电路工作工程中如果上下桥臂同时导通,则器件瞬间损坏,为了防止这一事件的发生,而加入一定的死区时间。 死区时间如果很大,则占空比就会降低,影响电源的效率,若死区时间设置过小,那么开关器件的损耗增大,所以死区时间的设置在电源设计中至关重要。 本文提出死区时间的确切算法,使得电路设置精确,最大限度地提高电源整机的工作效率。研究表明串联谐振逆变器保持零电压开关是减小器件损耗和保护器件的最佳选择,而在串联谐振电路中维持 ZVS的条件是谐振网络工作在感性准谐振状态,所以电路中要实现定角控制, 使得串联谐振逆变器的电流滞后电压一定位角,而使逆变器一直保持 ZVS 模式,最大限度地提高其工作频率和减小器件的降额。
主电路框图
典型的串联谐振逆变电路如图 1 所示。 图中 D 1 、 D 2 、 D 3 、D 4 功率开关器件 Ug1 、 Ug2 、 Ug3 、 Ug4 的反并联快恢复二极管, C 1 、 C 2 、 C 3 、 C 4 为开关器件的吸收电容 (包括开关器件的结电容), C d 为直流滤波电容, L 、 C 、 R 为等效串联谐振负载。
死区时间设计
在零电压换流模式下,逆变器的工作频率略高于谐振负载的固有谐振频率,即负载电流 i H 滞后于负载电压 u H ,负载电压 u H 和负载电流 i H 简图如图 2 所示。
控制电路
高频逆变电源在工作过程中,随着负载温度升高,负载的物理特性会发生一些变化,固有谐振频率也会相应改变,为了使逆变电源始终工作在功率因数接近或等于 1 的准谐振或谐振状态,控制电路必须实现频率的自动跟踪。CD4046 是通用的 CMOS 锁相环集成电路, 具有电源电压范围宽、输入阻抗高、动态功耗小等优点。 利用 CD4046 锁相环可以简单有效地实现频率的自动跟踪, 从而实现逆变电路的零电压开关。 最大频率和最小频率由 6 和 7 脚间电容 C 、 11 脚与地间电阻 R 1 、 12 脚与地间电阻 R 2 共同决定。 3 端和 14 端接输入的两个比较信号,分别是负载电压信号和负载电流信号, 为了保持串联谐振逆变电路工作在 ZVS 状态,谐振网络呈弱感性,即电流滞后电压,所以在进入锁相比较之前,比较电压信号要先经过延迟电路,滞后再与电流采样信号比较,实现电流与电压之间的定角控制。