2.2DC-DC變換電路
DC-DC變換電路如圖4所示。采用推挽式電路,高頻變壓器初級繞組中心抽頭接蓄電池12V,線圈兩端接開關管MOS1和MOS2,觸發信號由TL494提供,間隔180°。MOS1導通時,MOS2截止,蓄電池12V電壓加在初級繞組W12和MOS1構成的回路上,繞組W12上感應出的電壓與蓄電池電源電壓相等,同名端為正極性,次級繞組W2感應電壓上正下負。MOS2導通時,MOS1截止,蓄電池12V電壓加在初級繞組W11和MOS2構成的回路上,繞組W11同名端為負極性,次級繞組W2感應電壓上負下正。這樣,次級繞組W2上得到了脈寬180°的交變方波電壓,再經快恢復二極管D7~D10全波整流后得到22V直流電壓。
TL494的工作開關頻率由第6腳的電阻和第5腳的電容共同決定。較高的開關頻率可以減小高頻變壓器體積,降低成本,但太高的開關頻率會增加功率開關管的損耗,對散熱要求較高,開關頻率太低使得變壓器體積必須增大,導致整體成本增加。考慮到本逆變器有小型風扇散熱,為了減小體積,使之便于攜帶,本電路設定開關頻率為50kHz,從而使高頻變壓器可以做得很小。
2.3高頻變壓器繞組設計
(1)初級繞組匝數
設推挽電路的初級繞組匝數W11=W12=W1,由法拉第定律有:V1=KfFW1BMAe(1)
式中:V1為輸入電壓;F為開關頻率;Kf為波形系數,方波為4.0,正弦波為4.4;BM為最大磁通密度;Ae為磁芯截面積。
由式(1)可得:W1=VI/(KfFBMAe)。
(2)次級繞組匝數
W2=(V2/V1)W1(2)
其中,V2為次級繞組電壓,這里為22V直流電壓和快恢復二極管壓降之和。
圖4DC-DC變換電路
(3)繞組導線計算
導線截面積為S1=I1/J1,I1為各繞組電流有效值;J1為電流密度,一般為3~5A/MM2。導線直徑為D1=槡4S1/π。
銅導體穿透深度:
式中:ρ為銅導體電阻率,25℃時ρ=1.72×10-8Ω·M;R為銅導體電導率;μ0為真空磁導率;F為工作頻率。
選取導線時,應使線徑小于2δ,并采用直徑小于2δ的多股導線并繞,或采用寬而薄的銅導線繞制,銅箔厚度小于[4]2δ。
2.4DC-AC變換電路
DC-AC變換電路如圖5所示。采用全橋逆變形式,由于不需要變壓器升高或降低電壓而是直接向負載供電,使得逆變器的體積可以減小。MOS4和MOS5為一組,MOS3和MOS6為一組,兩組功率管輪流導通。選擇脈寬調制(PWM)控制方式,具體塬理為:MOS5和MOS6輪流導通180°,MOS3和MOS4也是同樣的方式。
圖5DC-AC變換電路
下橋臂MOS4和MOS6的觸發信號要比上橋臂MOS4和MOS5早,這樣有利于上橋臂功率管的觸發。
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