一款低成本、高可靠性的逆变器电源电路设计

本文总结了经过近百多次的修改后得到的较为成熟的电路的设计要点，包括微处理器，功率器件，半桥驱动，过流保护，控制方法，试验结果等方面的内容。用该电路实现的变频调速可以因低成本而大大扩展其应用范围，稍加修改后可用于直流无刷电机的驱动。

变频器电路的设计大同小异，一般都采用交-直-交方式，由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器普遍采用智能化功率模块(IPM)，很多电子公司都有其参考设计，只要采用其软硬件就没有多少设计风险，但要付出成本代价，这就限制了变频器在诸如工业缝纫机、台式钻床等需要调速但成本敏感场合的应用。在小功率的场合，用6片分立的场效应管或IGBT就是不错的选择，这样能大大降低成本，但其可靠性问题就显得非常突出，炸管是设计者的最头痛的问题。如何把不同公司最廉价的元件整合到一起，又能保证其可靠性，是电路设计的关键。

主电路设计

1、半桥驱动方案的选择

半桥驱动电路有隔离和非隔离两种，非隔离的方案线路简单，但主电路的高电压容易窜入控制电路造成事故，用IR2105双极性SPWN调制的方法，驱动370W以下的电机还是很可靠的。隔离方案则增加成本，隔离驱动的又有变压器驱动和光耦驱动，变压器开关速度快，但变频器输出的占空比在0%到100%之间变化时，要用调制的方法，小功率的场合没必要。光耦驱动虽然开关速度慢点，但开关时间在0.5μS左右，IGBT允许的开关速度一般在40kHz以下，实际应用中还不一定要这么高，因此选用光耦隔离驱动上管，用在1kW以下的电机是性价比佳的方案。

2、驱动芯片的使用

IR210x是IR公司众多的驱动IC家族中的一族，可以工作在母线电压高达600V的电路中，价格才2元。驱动信号兼容TTL和MOS电平，采用一片IR210x可完成两个功率元件的驱动任务，其内部采用自举技术，使得功率元件的驱动电路仅需一个输入级直流电源，可实现对功率MOSFET和IGBT的驱动，还具有一定的保护功能。电路如图1所示。