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一種單極倍頻電壓型SPWM軟開(kāi)關(guān)DC/AC逆變器的設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2011-03-20 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:提出了一種倍頻變換器,分析了其主要工作原理并給出了主要參數(shù)方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該電路確能實(shí)現(xiàn)軟,并且具有輸出濾波參數(shù)小,波形質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/179391.htm

關(guān)鍵詞:倍頻;正弦波脈寬調(diào)制;軟;

1 引言

目前,PWM功率變換技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的PWM,由于其開(kāi)關(guān)損耗大,并且產(chǎn)生嚴(yán)重EMI,難以滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)電源高頻化、綠色化的要求。為克服硬開(kāi)關(guān)的不足,軟開(kāi)關(guān)技術(shù)得到迅速的發(fā)展,特別是DC/DC變換器移相軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已趨于成熟。但對(duì)于變換器,由于考慮其輸出波形質(zhì)量等因素,目前,還沒(méi)有真正意義上的軟開(kāi)關(guān)產(chǎn)品出現(xiàn)。雖然也出現(xiàn)過(guò)一些變換器拓?fù)浜蛙涢_(kāi)關(guān)控制技術(shù)[1][2][3],但這些方法還不能真正走向?qū)嵱谩?

文獻(xiàn)[4]介紹了用諧振電路實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān),是一種比較好的方法,然而這一技術(shù)需要跟蹤電路中的和電流,在電壓和電流過(guò)零處實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān),這必然使電路變得復(fù)雜。為較好地解決這一難題,文獻(xiàn)[5]介紹了利用電感換流的非諧振軟開(kāi)關(guān)PWM技術(shù),然而這一技術(shù)只適用于雙極性電壓控制的DC/AC變換器電路。在分析文獻(xiàn)[5]的基礎(chǔ)上,本文出了一種適用倍頻[6]軟開(kāi)關(guān)DC/AC變換器電路。

2 單極倍頻軟開(kāi)關(guān)DC/AC變換器主電路

2.1 主電路結(jié)構(gòu)

圖1所示為新型單極倍頻SPWM軟開(kāi)關(guān)DC/AC主電路原理圖。圖2為其主要工作波形。該電路在硬開(kāi)關(guān)SPWMDC/AC逆變器的基礎(chǔ)上添加了電容C1,C2,C3,C4Cr1,Cr2,CE1,CE2電感Lr1,Lr2,其中電容C1=C2=C3=C4,Cr1=Cr2,電感Lr1=Lr2,大容量電解電容CE1=CE2視為恒壓源。這些元件為電路中的4只功率管實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)創(chuàng)造了條件。

圖1 主電路結(jié)構(gòu)

圖2 主電路主要工作波形

2.2 軟開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)原理

單極倍頻SPWM軟開(kāi)關(guān)DC/AC變換器主電路輸出電壓,在正半周只有正脈沖電壓,在負(fù)半周只有負(fù)脈沖電壓。當(dāng)S1及S4同時(shí)開(kāi)通時(shí)主電路輸出正電壓脈沖;,當(dāng)S2及S3同時(shí)開(kāi)通時(shí)主電路輸出負(fù)電壓脈沖。本文以輸出電壓的正半周的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期為例進(jìn)行說(shuō)明。

以下公式中的電壓、電流方向以圖1中的參考方向?yàn)闇?zhǔn)。并假設(shè)負(fù)載電流io連續(xù)。

1)工作模式1(t0t1時(shí)間段)

在這一時(shí)間段中S1及S3導(dǎo)通,S2及S4關(guān)閉,iLr1從電源ED的正極經(jīng)過(guò)S1,Cr1,Lr1,CE2,到ED的負(fù)極并逐漸增大;同時(shí)電容CE1經(jīng)過(guò)S3Cr2,Lr2繼續(xù)放電,放電電流iLr2繼續(xù)上升,在t1時(shí)刻iLr2達(dá)到最大,即

iLr2(ωt1)=αIomsinωt1(1-α2sin2ωt1)(1)

式中:α為調(diào)制比;

Iom為負(fù)載電流最大值,Iom=ED/RL;

ω=2πfc,fc為載波頻率。

對(duì)應(yīng)的等效電路拓?fù)湟?jiàn)圖3(a)。

2)工作模式2(t1t2時(shí)間段)

在此時(shí)間段,功率管S1繼續(xù)導(dǎo)通,iLr1繼續(xù)增大。t1時(shí)刻S3關(guān)斷,集電極電流i3從開(kāi)關(guān)管S3轉(zhuǎn)換到緩沖電容C3,為C3充電,C3上的電壓從零開(kāi)始上升,S3實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷;同時(shí),存儲(chǔ)在C4上的能量通過(guò)Cr2,Lr2,CE2回路放電,其等效電路拓?fù)淙鐖D3(b)。從圖可看出,C3充電回路與C4放電回路參數(shù)相同。因此,在t=t2時(shí)刻,vC3=ED,vC4=0。充放電時(shí)間t21

t21=t2t1=(2)

3)工作模式3(t2t3時(shí)間段)

t=t2時(shí)刻D4導(dǎo)通,為循環(huán)電流iL2的續(xù)流提供通路,vC4被箝位于零,即vC4=0。若在iL2=0之前,S4的觸發(fā)信號(hào)到來(lái),S4實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通。其等效拓?fù)淙鐖D3(c)所示。

4)工作模式4(t3t4時(shí)間段)

t3時(shí)刻S4零電壓開(kāi)通。循環(huán)電流iL2繼續(xù)通過(guò)D4續(xù)流,在t4時(shí)刻續(xù)流完畢。續(xù)流時(shí)間t41

t41=t4t1=-(3)

其等效電路拓?fù)淙鐖D3(d)。

5)工作模式5(t4t5時(shí)間段)

t4時(shí)刻后,S4的集電極電流從零開(kāi)始上升。電源ED為負(fù)載提供能量。其等效電路拓?fù)淙鐖D3(d)。

(a) t0t1

(b) t1t2

(c) t2t3


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