（连云港杰瑞电子有限公司 江苏连云港 222006）
摘要：现代舰船系统中需要将工频交流电转换为400Hz中频交流以供给雷达、声纳等设备使用，同时需要蓄电池冗余供电以提高中频电源的可靠性。根据实际的应用需求，本文研究了交直流冗余供电中频逆变电源的电路架构，并依据供电特点和负载特性优选了合理的电路拓扑：交流输入时前级采用PFC+半桥LLC电路，直流输入时前级采用Boost+推挽级联式电路，后级采用开环三相半桥逆变电路，并依此研制出性能指标满足使用要求的样机。
关键词：双输入、逆变器
The Development of Double Input Intermediate Frequency Inverter for Vessel
Abstract: Radar, sonar and other equipments in the modern vessel need 400 Hz intermediate frequency power supply which is converted from the power frequency. Meanwhile, in order to ensuring the reliability , it usually needs to be equipped with battery to realize redundancy. According to the application requirements, the circuit structure of double input intermediate frequency inverter is researched. Furthermore, the most suitable circuit topologies are selected upon the features of the input and load: the PFC circuit plus half-bridge LLC circuit applied with the AC power-in , the cascaded circuit of Boost and push-pull applied with the DC power-in, the open-loop three-phase bridge inverter circuit is selected for the DC/AC. At last, the prototype is developed meeting the requirements of application.
Keywords： double input、inverter
在舰船中需要将工频交流电转换为400Hz中频交流电以供给雷达、声纳等设备使用；并且要求在工频供电故障的情况下由蓄电池提供冗余供电。因此，需要设计将发电机产生的工频交流电或蓄电池提供的直流电变换为所需要的400Hz三相交流电的逆变装置，这对于整个舰船系统的正常工作和作战性能有着至关重要的作用。本文依据实际应用需求，研制一款船用双输入冗余供电中频逆变器。逆变器输入为工频交流220VAC±20%和直流14VDC～36VDC，交流输入为主，输出为三相115V/400HZ（线电压，相电压为66.5VAC/400Hz），最大输出功率为300VA。
1 电路架构选择
为了减小逆变器的体积和重量，选择将隔离变压器放置在前级AC-DC或DC-DC变换电路中；针对交流和直流双输入供电的要求，逆变器内部需要完全包含AC-DC-AC和DC-DC-AC两个变换电路及两个变换电路之间工作切换控制电路，内部架构可以选择在最终交流输出处并联、正负电压母线并联和隔离变压器前并联等三种方式实现冗余供电。正负电压母线并联具有电路结构简单、控制方便和变换级数少便于提高效率等优点，是本文的优选架构，如图1所示。
2 前级AC-DC电路设计
交流输入电压范围为220VAC±20%，采用功率因数校正（PFC）电路+DC/DC变换电路的两级式功率变换架构，电路结构如图2所示。
PFC电路实现输入功率因数校正，同时将宽范围变化的交流输入电压变换为稳定的直流电压，选择Boost升压功率因数校正电路,控制芯片选择Ti公司的UC3854BDW，输出电压设定为400VDC。
DC/DC变换电路实现将PFC电路输出的400VDC电压隔离变换为约正负105VDC：为提高变换效率，采用LLC半桥串联谐振变换电路；副边输出高电压，选择变换器的开关频率低于电路的谐振频率，以实现整流二极管零电流关断，从而减小二极管反向恢复损耗，LLC变换电路的主控芯片选择ST公司的L6599。
3 前级DC-DC电路设计
直流输入范围为14～40VDC，母线输出电压约正负105VDC，升压比达到1:15，隔离变压器难以设计，且高压输入时，开关断损耗占据大部分，导致DC-DC的变换效率偏低。故设计中选择Boost+推挽电流反馈级联式升压变换电路，其中推挽环节两个开关管工作在50%的定占空比，电压调节由Boost级来实现，电路结构如图3所示。电感连接推挽隔离变压器的输入端，相当于电流源输入，因此推挽级两MOS管的驱动之间必须有一定的共通时间，给电感电流提供通路，避免其损坏功率MOS管。变换电路的主控制芯片选择TI公司的级联控制芯片LM5041。
4 后级DC-AC电路设计
后级逆变电路选择三相桥式逆变，该逆变电源为客户定制，所带负载性质单一，负载电流基本稳定，因此在设计中舍弃了PID控制和双闭环控制等高级控制方式，依靠母线电压值保证输出电压在额定负载条件下的幅值。逆变电路主电路图如图4所示，主要由三相逆变桥、吸收电路、SPWM波形产生电、驱动电路和滤波电路构成。
采用规则采样法来产生SPWM波形：选择三角波的频率为25.6kHz，一个周期采样64次，分别计算出三相正弦波的离散三角函数值，有三组数据，每组64个数据；当三角载波中断产生时，将离散正弦波函数值，代入公式即可计算出三相SPWM波形每个脉冲的持续时间，然后用所得到三相得到的计算值在中断中更新比较寄存器的值，就可以得到三相400Hz的SPWM波形。
5 实验结果及分析
依据文中的优选电路结构和拓扑，研制出满足客户使用要求的交直流双输入中频逆变电源：额定输出情况下，交流额定输入整机变换效率高达89.6%，直流额定输入整机变换效率为82.3%；三相交流电波形及SPWM驱动波形见图5所示，交流失真度低于4%，满足用户使用要求。
交流断电后输出电压及直流输入电流波形见图6所示，交流重新上电后输出电压波形及直流输入电流波形见图7所示，由图6和图7可以看出：交直流切换时，交流输出电压保持稳定，且交流供电后直流供电电流为零，有效延长蓄电池的使用时间。
交流断电后输出电压及直流输入电流波形见图6所示，交流重新上电后输出电压波形及直流输入电流波形见图7所示，由图6和图7可以看出：交直流切换时，交流输出电压保持稳定，且交流供电后直流供电电流为零，有效延长蓄电池的使用时间。
6 结论
本文研究了交直流冗余供电中频逆变电源的电路架构，并依据供电特点优选了合理的电路拓扑。依据所选择的电路架构和拓扑研制出的样品各项性能指标满足使用要求，具有电路结构简单、全输入范围内变换效率较高以及交直流无间隙切换等优点。
作者简介
于进海（1985-），男，江苏省人，工程师，主要研究方向为电源设计。
论文作者:于进海
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/19
标签：电路论文; 电压论文; 波形论文; 电流论文; 中频论文; 所示论文; 冗余论文; 《电力设备》2017年第15期论文;