高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器電路拓?fù)渥寮捌潆p極性移相控制策略研究

提出并深入研究了高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器電路及其雙極性移相控制策略。借助周波變換器換流重疊和輸出濾波電感電流極性選擇，該雙極性移相控制策略實(shí)現(xiàn)了變壓器漏感能量和濾波電感電流的自然換流，解決了這類(lèi)逆變器固有的電壓過(guò)沖和換流重疊期間周波變換器的環(huán)流現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了逆變橋功率器件的零電壓開(kāi)關(guān)和周波變換器功率器件的零電流開(kāi)關(guān)。仿真與原理試驗(yàn)結(jié)果均證實(shí)了這種雙極性移相控制策略的可行性和理論分析的正確性。

關(guān)鍵詞：高頻脈沖交流環(huán)節(jié)；雙極性移相控制；零電壓零電流開(kāi)關(guān)；周波變換器；換流重疊

　0 引言

傳統(tǒng)的逆變技術(shù)雖然成熟可靠、應(yīng)用廣泛，但存在體積大且笨重、音頻噪音大、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性差等缺點(diǎn)[1]。用高頻變壓器替代傳統(tǒng)逆變器中的工頻變壓器，克服了傳統(tǒng)逆變器的缺點(diǎn)，顯著提高了逆變器的特性。高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器[1][2]具有雙向功率流、兩級(jí)功率變換（DC/HFAC/LFAC）、變換效率和可靠性高等特點(diǎn)，但存在周波變換器器件換流時(shí)的電壓過(guò)沖現(xiàn)象等缺點(diǎn)，通常需要采用緩沖電路或有源電壓箝位電路來(lái)吸收存儲(chǔ)在漏感中的能量，從而降低了變換效率或增添了電路的復(fù)雜性。

因此，在不增加電路研究重點(diǎn)。

1 高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器電路

（a）推挽全波式

（b）推挽橋式

（c）半橋全波式

（d）半橋橋式

（e）全橋全波式

（f）全橋橋式

圖1 高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器電路拓?fù)渥?/p>

2 雙極性移相控制高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器穩(wěn)態(tài)分析

2.1 雙極性移相控制原理

以全橋全波式電路拓?fù)錇槔?，其雙極性移相控制原理，如圖2所示。輸出電壓uo與正弦基準(zhǔn)電壓uref比較，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器得到誤差放大信號(hào)ue，ue分別與極性相反的兩個(gè)載波信號(hào)uc1及uc2比較后，經(jīng)上升沿二分頻，再按輸出濾波電流極性選擇導(dǎo)通，得到開(kāi)關(guān)S5及S6的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。開(kāi)關(guān)S7及S8的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別與S5及S6的信號(hào)反相互補(bǔ)，并且有換流重疊時(shí)間（圖2中未畫(huà)出）。將載波信號(hào)uc1二分頻后得到開(kāi)關(guān)S1和S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，反相后得到開(kāi)關(guān)S2和S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

（a）電路拓?fù)?/p>

（b）雙極性移相控制原理

圖2 高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器電路拓?fù)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/及其">及其雙極性移相控制原理

讓周波變換器的功率開(kāi)關(guān)S5與S7（S6與S8）之間存在換流重疊導(dǎo)通時(shí)間、功率開(kāi)關(guān)S5與S6（S7與S8）按濾波電感電流iLf極性選擇導(dǎo)通，從而使得該控制方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）周波變換器換流重疊期間實(shí)現(xiàn)了變壓器漏感能量的自然換流，實(shí)現(xiàn)了功率器件的零電流開(kāi)關(guān)，解決了固有的電壓過(guò)沖現(xiàn)象；

2）實(shí)現(xiàn)了濾波電感電流的自然續(xù)流；

3）濾波電感電流極性選擇信號(hào)的引入避免了換流重疊期間周波變換器中的環(huán)流現(xiàn)象；

4）每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)兩次交流側(cè)的能量回饋實(shí)現(xiàn)了逆變橋所有功率器件的零電壓開(kāi)通。

功率開(kāi)關(guān)S5、S6與S1、S4（S7、S8與S2、S3）之間的驅(qū)動(dòng)信號(hào)均有相位差θ（0≤θ≤180°），在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的共同導(dǎo)通時(shí)間DTs/2可表示為

DTs/2=Ts（180°－θ）/（2×180°）（1）