高頻鏈技術(shù)簡介

雙向電壓源高頻鏈逆變器具有雙向功率流,減少了功率變換級數(shù)的優(yōu)點,但卻存在一個固有的缺點,即采用傳統(tǒng)PWM技術(shù)的輸出周波變換器換流時阻斷了高頻變壓器漏感中連續(xù)的能量,于是導(dǎo)致高頻變壓器和輸出周波變換器之間出現(xiàn)電壓過沖。因此,這類逆變器通常需要采用緩沖電路或有源電壓箝位電路來吸收存儲在漏感中的能量,從而增加了功率器件數(shù)和控制電路的復(fù)雜

性。同時還要保證高頻變壓器在低頻交流信號的正負半周單極性往復(fù)工作中避免變壓器磁芯飽和,確保低頻交流信號被線性傳遞。

針對電壓過沖問題,專家和學(xué)者們不斷尋求更好的方法,提出了一些新的控制策略和技術(shù),如換流重疊的單極性、雙極性移相控制技術(shù),它通過控制高頻逆變器和周波變換器的相移來調(diào)節(jié)輸出電壓和功率流向,實現(xiàn)周波變換器功率管的自然換流,消除了電壓尖峰;還有將串聯(lián)諧振技術(shù)和雙向電壓源高頻鏈逆變器相結(jié)合的技術(shù)。

針對磁芯飽和問題,提出了一些新的電路拓撲,現(xiàn)簡單介紹兩個改進的電路,如圖5所示。圖5(a)中變壓器原邊的兩個正激變換器將高頻單極性SPWM脈沖序列分成兩組驅(qū)動脈沖,這兩個正激變換器是由這兩組SPWM驅(qū)動脈沖分別控制的,因此最大的工作占空比可以大于0.5,不存在磁芯飽和的問題,且具有較低的電壓應(yīng)力。而副邊兩個主開關(guān)管是由與輸出頻率相同的低頻方波控

制的,因此控制簡單,且易于實現(xiàn)軟開關(guān),能夠降低開關(guān)損耗和減少噪聲。同時副邊還增加了兩個能量反饋電路,因此給感性電流提供了通路,避免了電壓過沖的發(fā)牛。圖5(b)實質(zhì)為共用一個變壓器鐵芯和副邊的兩個單端反激變換器,由它完成對低頻電功率的變壓、隔離、傳遞的任務(wù),但由于當(dāng)開關(guān)管接收控制信號脈沖列導(dǎo)通,在低頻調(diào)制信號的正半周和負半周內(nèi),施加在變壓器繞組上的是同一方向的電壓,變樂器磁芯中的磁通可能將級進地逐漸增加,導(dǎo)致磁芯飽和,造成磁偏或單向磁化,導(dǎo)致低頻電信號放大失真或由于很大的磁化電流而無法正常工作,因此提出了逐個脈沖磁復(fù)位技術(shù),就是在每個高頻脈沖之后及時采取措施.使每個高頻脈沖引起的磁通增加都回復(fù)到零,從而避免磁芯飽和。

3 電流源高頻鏈逆變器

基于Buck(Forward)變換器的單向、雙向電壓源高頻鏈逆變器,雖然具有單向或雙向功率流、變換效率高、輸出容量大、輸出電壓紋波小等優(yōu)點,但是,電壓源高頻鏈逆變器在負載過載甚至短路時,其功率開關(guān)電流的上升率將比正常工作時大得多,縮短了保護電路的動作時間。而基于Buck—Boost(Flvback)變換器的電流源高頻鏈逆變器,其高頻變壓器不僅能實現(xiàn)電隔離和電壓調(diào)整功能,而且能存儲能量,因此,其儲能式變壓器的電感能夠起到限流作用,在負載過載甚至短路時,其功率開關(guān)電流的上升率與正常工作時相同,為功率開關(guān)的保護電路贏得了足夠的動作時間,其可靠性將比電壓源高頻鏈逆變器高。

電流源高頻鏈逆變器拓撲族如圖6所示。單管單向式電路由于只能單向傳遞功率、負載適應(yīng)能力差,只適用與對輸出電壓波形要求不高的小功率阻性負載場合。單管雙向式、推挽式電路能雙向傳遞功率、負載適應(yīng)能力強;推挽式又比單管雙向式有更少的功率開關(guān)數(shù)和更小的一次側(cè)功率開關(guān)電流應(yīng)力,適用于低壓輸入的小功率逆變場合。半橋和全橋式電路也能雙向傳遞功率、負載適應(yīng)能力強,適用于高壓輸入的小功率逆變場合,但半橋式存在兩個橋臂電容電壓嚴(yán)重的不平衡現(xiàn)象。

雙向電流源高頻鏈逆變器解決了雙向電壓源高頻鏈逆變器固有的電壓過沖問題,而且與電壓源高頻鏈逆變器相比,具有更簡潔的電路拓撲、更高的可靠性、控制方案簡單、效率高以及動態(tài)響應(yīng)良好等優(yōu)點,因而在小功率場合具有良好的應(yīng)用前景,但其輸入電流、輸出電壓紋波大,僅適用于小功率場合,中大功率的逆變場合應(yīng)優(yōu)先選用電壓源高頻鏈逆變器。