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逆变器

已有 147 次阅读  2015-05-19 17:06   标签逆变器 

1.  “连通”现象的产生
  自激推挽式变换器是由自激的方式产生方波,其开关晶体管的两个基极驱动信号为相位差180°的方波,其高低电平之间的转换在时间上是完全一致的。但是晶体管存在一个存贮时间问题,即当一个管子V1在基极正向脉冲驱动下导通时,另一个管子V2正在关断,此时晶体管V2虽已失去了基极正向驱动信号,但是由于存贮时间的作用,V2并不是立即截止,而仍处于继续导通状态,从而产生了两个晶体管同时导通的情况,俗称“连通”现象。此现象通常历时约1~5μs。而由于管子的开启时间比存贮时间短得多,“连通”现象将一直到存贮时间结束才停止。图2所示为“连通”现象的产生原理图。“连通”现象虽然时间很短暂,但却可以产生灾难性的后果。因为正在关断中的晶体管正处于存贮期,因此电源电压Ui只能加在半个初级绕组上,而由于变压器的作用,另一个正在导通的晶体管集电极仍处于2Ui的电压而不能进入饱和区,但此时晶体管的基极已在正向脉冲驱动下导通,所以在集电极电压2Ui作用下将流过数值很大(约βIb)的集电极电流,从而造成高频尖峰损耗。每个晶体管在每个周期都会出现一次这种高频尖峰损耗。此时每个管子的平均功率为:
P=2UiβIbfts

其中f为晶体管基极驱动方波频率;ts为存贮时间。  
  当占空比足够大时,平均功率损耗可能将管子结温升高到损坏点。此时即使整体温度不足以损坏器件,但由于温度分布不均也可能造成二次击穿而损坏管子。

2  “连通”现象的消除

  “连通”现象在开关稳压电源中有很大的危害,因此在进行推挽式直流变换器设计时应加以消除。根据“连通”现象产生的原因,可主要从两个方面来消除,一是缩短关断晶体管的存贮时间;二是使导通的晶体管延迟导通。下面给出消除“连通”现象的几种方式。

2.1  缩短功率晶体的存贮时间
  一般来说,晶体管的截止频率fT越高,其周期越短,存贮时间ts就越小。因此,在选择器件时,应选择频率fT较高的开关晶体管,比如开关性能较好的肖特基高速二极管。但管子一旦选定,应如何缩短存贮时间呢?因为晶体管从不饱和到饱和再到不饱和需要一个时间过程,这个过程的长短与管子的饱和深度有关,深度饱和所需时间较长,反之则较短。因此,为了缩短存贮时间,就应避免管子进入深度饱和,故不要对管子进行过量的激励,这在管子空载时尤为重要。设计时可以利用一个钳位二极管来使晶体管避免进入深度饱和。其电路如图3所示。
  如图,当晶体管一旦进入饱和区后,钳位二极管VD就把基极的激励电流向集电极分流而使基极电流不再增加,这样就防止了晶体管进入深饱和,从而减小了存贮时间。
  此外,采用达林顿电路或给基极加反偏压的方法也可以缩短存贮时间。


2 .2  采用延迟导通脉冲来避免连通现象  
  将两个晶体管的基极控制信号的上升沿进行适当延迟,可以避开存贮时间,采用正逻辑与非门将两基极控制信号U1、U2分别与脉冲单稳态振荡器产生的负跳变延迟脉冲Ud进行组合,以产生两个波形U01、U02(如图5所示)。这两个波形的正半周上升沿均被延迟td时间,而负半周下降沿则与原波形U1、U2同步。从而在开关晶体管的截止时间不变的前提下延迟了导通时间,这就从根本上解决了开关晶体管的“连通”现象。具体波形如图6所示。

3  结束语

    推 挽式直流变换器是目前广泛应用的桥式直流 变换,两个推挽式直流变换器即可组成一个桥式直流变换器,而推挽式直流变换器的一切特性在桥式直流变换器中都可以体现出来。因此,消除和避免“连通”现象,对于实际电路的设计具有重要的意义。  

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