詳解串聯(lián)諧振單相全橋逆變器常用的控制方法

脈寬加頻率調(diào)制方法

針對(duì)上述控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，一些復(fù)合型控制方法的研究日益引起重視，脈寬加頻率調(diào)制方法就是一種較好的控制方法。

在一般的逆變器中，常用的移相PWM方法的工作頻率是固定的，不需考慮負(fù)載在不同工作頻率下的特性。而在串聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源中使用移相PWM方法時(shí)，則要求其工作頻率必須始終跟蹤負(fù)載的諧振頻率，通常使某一橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)與輸出電流的相位保持一致，而另外一個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)與輸出電流的相位則可以調(diào)節(jié)。圖4和圖5中，S1和S4驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，S2和S3驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)互補(bǔ)，S1驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位與負(fù)載電流的相位保持相同，而S3的驅(qū)動(dòng)脈沖與S1的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)之間的相位差β在0°～180°范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)β就可以調(diào)節(jié)輸出電壓的占空比，即調(diào)節(jié)輸出功率。

根據(jù)輸出電壓和輸出電流的不同相位關(guān)系，有2種PWM調(diào)節(jié)方式：升頻式PWM和降頻式PWM.

圖4升頻式PWM

圖5降頻式PWM

1、升頻式

在圖4中，為保證滯后臂（S1，S4）觸發(fā)信號(hào)前沿同電流信號(hào)同相，角頻率須根據(jù)移相角β的大小改變。即在通過調(diào)節(jié)移相角β調(diào)節(jié)功率的同時(shí)改變頻率f.在β調(diào)節(jié)過程中，在增大輸出脈沖寬度的同時(shí)，將引起輸出電壓相對(duì)于輸出電流的相位不斷減小并滯后于輸出電流，這說明輸出頻率也在不斷升高，因此稱這種調(diào)制方式為升頻式PWM.這時(shí)S1、S4管各導(dǎo)通180°，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)ZCS.超前臂S2，S3在大電流下開通，D2，D3在大電流下關(guān)斷因而有反向恢服。通過在S2、S3臂上串聯(lián)電感也可實(shí)現(xiàn)ZCS.，這種方法適用于有關(guān)斷尾部電流、關(guān)斷損耗占主導(dǎo)的雙極型器件，如IGBT，SIT，MCT等。同時(shí)應(yīng)注意電路布局減小分布電感，以減小二極管反向恢復(fù)帶來的電壓尖峰。

輸出功率為P=cos4

2、降頻式

在圖5中，調(diào)節(jié)β在增大輸出脈沖寬度的同時(shí)，將引起輸出電壓相對(duì)于輸出電流的相位不斷減小，使相位差減小，這說明輸出頻率在不斷降低，因此稱這種方式為降頻式PWM.

在這種方式下，二極管D2，D3均自然過零關(guān)斷，D1，D4不導(dǎo)通，沒有二極管反向恢復(fù)所帶來的問題。S1、S4在零電流下開關(guān)（ZCS），S2、S3在大電流下關(guān)斷。通過在S2、S3上并聯(lián)電容即可實(shí)現(xiàn)ZVS.這種方法適和高頻電源和內(nèi)建反并聯(lián)二極管反向恢復(fù)問題比較嚴(yán)重的器件，如MOSFET等。可避免二極管反向恢復(fù)所帶來的電流尖峰和器件的損耗增加。

為保證超前臂觸發(fā)信號(hào)前沿同電流信號(hào)同相，角頻率為ω0=

輸出功率為P=cos4

由以上分析可知，無論是升頻式PWM，還是降頻式PWM，兩者有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即在調(diào)節(jié)輸出電壓脈寬的同時(shí)，也改變了負(fù)載的工作頻率。故稱之為脈寬加頻率調(diào)制方法。

結(jié)語(yǔ)

本文較詳細(xì)地討論了常用的串聯(lián)諧振單相全橋逆變器的功率和頻率控制方法，以及各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)對(duì)脈寬加頻率調(diào)制的方法進(jìn)行了較深入的討論，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)負(fù)載的不同要求及不同的應(yīng)用場(chǎng)合采用不同的控制方法。