全橋高頻鏈逆變電源的混合控制策略

1 引言

傳統(tǒng)逆變電源是由逆變器、工頻變壓器和周波變換器組成。由于應用工頻變壓器，使得整個逆變電源又大又笨重，轉換效率難以提高。為了克服傳統(tǒng)逆變器的上述缺點，滿足人們對現(xiàn)代電源高功率密度、高效率、高可靠性、小型化的要求，近幾年來高頻鏈逆變技術成為研究的熱點。其中電流源型高頻鏈逆變技術已經(jīng)得到廣泛研究[1]。電流源型高頻鏈逆變電源以全橋結構最具代表性，其組成是以反激式DC/DC變換器結構為基礎，應用高頻變壓器替代工頻變壓器實現(xiàn)變壓與電氣隔離。此結構具有拓撲簡單、使用器件少、控制電路簡單、可靠性高、體積小、轉換效率高和能量可以雙向流動等優(yōu)點，因此全橋高頻鏈逆變電源被廣泛應用于小功率場合。

目前研究較多的電流型高頻鏈逆變器是由前級高頻逆變和周波變換器組成，電路結構基本沒有變化，因此控制策略的進一步優(yōu)化顯得格外重要，優(yōu)良的控制策略能夠提高系統(tǒng)的跟蹤性能與穩(wěn)定性，最終使系統(tǒng)得到良好的輸出特性。目前高頻鏈逆變器控制策略主要有以下三種方法：①正弦脈沖脈位控制策略（SPWPM），采用該方法，前級高頻逆變器采用移相SPWM控制，直流側逆變橋的開關管可以實現(xiàn)部分條件下的軟開關，周波變換器開關管始終工作在同步的高頻開關狀態(tài)[2，3]；②雙極型移相SPWM控制策略，前級逆變器采用雙極型PWM控制，高頻變壓器傳遞占空比為0.5的高頻交流脈沖方波，周波變換器工作在高頻開關狀態(tài)，實現(xiàn)移相調(diào)壓控制[4]；③前級高頻逆變橋采用高頻開關，而周波變換器采用低頻開關策略，周波變換器驅(qū)動脈沖周期為輸出交流電壓周期，與前級高頻逆變器驅(qū)動脈沖無關，周波變換器為低頻開關，但是該控制策略只能實現(xiàn)能量的單向流，逆變器負載適應性差，并且周波變換器的開關管承受很大的電壓應力。采用方法1和方法2高頻鏈逆變器可以實現(xiàn)雙向功率流，但是周波變換器開關管一直為高頻開關，所以開關損耗比較大。因此尋找一種能夠能量雙向流、具有更高變換效率、較小電壓應力且簡單的周波變換器的驅(qū)動方法顯得很有意義。

為此，本文提出一種控制策略――正弦脈沖脈位調(diào)制混合控制策略。此種控制方法不再依賴現(xiàn)有的PWM模擬芯片而采用數(shù)字控制，通過對輸出電壓與電流進行過零比較與邏輯組合，得到周波變換器開關脈沖，方法簡單，易于實現(xiàn)。混合控制就是周波變換器開關管的驅(qū)動脈沖為低頻脈沖和高頻脈沖的混合，逆變器能量可以雙向流動。在保留現(xiàn)有控制策略的優(yōu)點的基礎上，可以極大地減小周波變換器的控制難度，并減少其開關損耗，提高逆變器的變換效率與穩(wěn)定性。

2 全橋高頻鏈逆變器工作原理

圖1為全橋高頻鏈逆變器的電路拓撲結構，直流輸入經(jīng)逆變電路、高頻變壓器和周波變換器輸出交流到負載[5]。高頻變壓器傳遞的是正弦脈沖脈位調(diào)制波，由于全橋電路的能量可以雙向流動，因此整個能量傳遞可以分為兩個過程，定義為：①能量正向傳遞階段（從直流到交流）；②能量回饋階段（從交流到直流）。