本节进行逆变器电路仿真,前面章节详细讲述了升压电路的仿真模型,并分享了模型,下面就到逆变环节仿真。
不得不说仿真很有用处,特别是在当下各种条件不便的情况下,仿真验证自己的想法十分重要。在做逆变器前级推挽电路仿真时,发现输出电压与输入电压的比值不等于变压器变比,谐振回路的频率不等于计算参数的频率,随着负载加重输出电压急剧下降。思前想后不明白原因,现在终于找到了原因,其实原因十分简单,下面慢慢道来。
导致上述问题的原因其实非常简单,归结到最后就是一个错误造成了几个连锁反应,下面仔细谈谈。
蓄电池低压通过变压器升为高压时,低压侧电流I_L与高压侧电流I_H之比等于变压器变比n。逆变器设计功率1kW,效率95%,那么输入的功率约为1.052kW,假设前级推挽电路和后级H桥的效率均为97.5%。直流母线电压为380V,推挽电路输出效率需达到1026W,那么输出电流平均值为2.7A,折算至原边输入电流为21.6A。输入电流平均值高达21.6A,那么功率MOS管的选型就十分有讲究,在满足电压和电流的条件下应选择内阻较小的MOS管,假设MOS管Rds(on)=0.33Ω,那么损耗的功率为154W,这显然是不符合实际的,所以应该考虑几十mΩ的电阻,这样功率管的损耗就会大大降低,假设Rds(on)=0.03Ω,此时损耗为14W,这个值符合实际情况。前次的仿真由于不注意把MOS管的电阻设置为0.56Ω,MOS管上的损耗261W(这就是错误的),导致输出电压与输入电压不等于变比,而且仿真的谐振波形严重畸变,效率也十分低。
起初以为是变压器的问题,再次检查仿真模型发现是Rds(on)值太大造成。把Rds(on)改为30mΩ,再次仿真,发现上述问题迎刃而解。
修改后仿真波形
图1 推挽环节修改参数后仿真
H桥驱动分为高频臂(30kHz),和低频臂(50Hz),各MOS管的驱动时序如下图所示。
H桥直接接在上节推挽电路后级。
蓄电池输入为48V时,推挽电路输出380V,调节后级H桥SPWM占空比实现交流50Hz,220V输出,其输出功率1kW。
下面看看仿真结果。
H桥交流输出波形
输出有效值
输出功率计算
P_out2=221*4.6=1016W
推挽输出波形
输出波形平均值
输出功率计算
P_out1=379*2.74=1038W
H桥效率=97.8%
输入电流与谐振电流波形
输入电流波形平均值
输入功率计算
P_in=10.9*2*48=1046W
推挽电路效率=99%
总效率=97.1%
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