一种单极倍频电压型SPWM软开关DCAC逆变器的规划

时间: 2024-10-01 05:35:34 |   作者: CAN接口

  现在，PWM功率改换技能取得了广泛的使用。关于作业在硬开关状况下的PWM逆变器，因为其开关损耗大，而且发生严峻，难以满意开关电源高频化、绿色化的要求。为战胜硬开关的缺乏，软开关技能取得敏捷的开展，特别是DC/DC改换器移相软开关技能已趋于老练。但关于改换器，因为考虑其输出波形质量等要素，现在，还没有真实意义上的软开关产品呈现。尽管也呈现过一些改换器拓扑和软开关操控技能[1][2][3]，但这一些办法还不能够真实走向有用。

  文献[4]介绍了用谐振电路完成软开关，是一种比较好的办法，但是这一技能需求盯梢电路中的电压和电流，在电压和电流过零处完成软开关，这必定使电路变得复杂。为较好地处理这一难题，文献[5]介绍了使用电感换流的非谐振软开关PWM技能，但是这一技能只适用于双极性电压操控的DC/AC改换器电路。在剖析文献[5]的根底上，本文规划出了一种适用单极倍频SPWM[6]软开关DC/AC改换器电路。

  图1所示为新式单极倍频SPWM软开关DC/AC逆变器主电路原理图。图2为其主要作业波形。该电路在硬开关SPWMDC/AC逆变器的根底上添加了电容C1，C2，C3，C4，Cr1，Cr2，CE1，CE2电感Lr1，Lr2，其间电容C1=C2=C3=C4，Cr1=Cr2，电感Lr1=Lr2，大容量电解电容CE1=CE2视为恒压源。这些元件为电路中的4只功率管完成零电压开关(ZVS)发明了条件。

  以下公式中的电压、电流方向以图1中的参阅方向为准。并假定负载电流io接连。

  在这一时刻段中S1及S3导通，S2及S4封闭，iLr1从电源ED的正极经过S1，Cr1，Lr1，CE2，到ED的负极并逐步增大;一起电容CE1经过S3，Cr2，Lr2持续放电，放电电流iLr2持续上升，在t1时刻iLr2到达最大，即

  在此时刻段，功率管S1持续导通，iLr1持续增大。t1时刻S3关断，集电极电流i3从开关管S3转换到缓冲电容C3，为C3充电，C3上的电压从零开始上升，S3完成零电压关断;一起，存储在C4上的能量经过Cr2，Lr2,CE2回路放电，其等效电路拓扑如图3(b)。从图可看出，C3充电回路与C4放电回路参数相同。因而，在t=t2时刻，vC3=ED，vC4=0。充放电时刻t21为

  在t=t2时刻D4导通，为循环电流iL2的续流供给通路，vC4被箝坐落零，即vC4=0。若在iL2=0之前，S4的触发信号到来，S4完成零电压注册。其等效拓扑如图3(c)所示。

  在t3时刻S4零电压注册。循环电流iL2持续经过D4续流，在t4时刻续流结束。续流时刻t41为

  t4时刻后，S4的集电极电流从零开始上升。电源ED为负载供给能量。其等效电路拓扑如图3(d)。

  在t5时刻，S1关断，缓冲电容C1的存在，S1完成零电压关断。t5时刻之后，电路进入开关周期的下半周期，其作业形式同上。

  2)因为开关管完成软开关，所以逆变器的输出电压波形不会因为死区时刻td的存在而发生畸变。

  4)操控电路采纳单极倍频电压操控信号，主电路在一个周期中各个时刻段过渡时，仅有一个开关管的状况发生改动，这就下降了在发生必定的脉波数时开关的动作次数，或者说用相同的开关频率能把输出电压中脉波数进步一倍，这对减小开关损耗，进步逆变器的作业效率都是有优点的。

  5)在主电路的SPWM输出电压波形中，正向只要正电压脉冲，负向只要负电压脉冲，这对减小输出滤波参数，进步输出波形质量是有优点的。

  因为单极倍频SPWM软开关DC/AC改换器的超前桥臂操控信号与滞后桥臂的操控信号相差180，所以超前臂的开关动作与滞后臂相对独立。这为各桥臂上的驱动信号相差120的，三相逆变器电感换流调频软开关技能的进一步研讨，打下了较好的根底。

  由2.2的作业进程剖析可知，在缓冲电容C3及C4充放电时刻很短的情况下，图1等效拓扑如图4所示。

  由式(7)可知，为了尽或许最大极限向负载传输能量，集电极电流i3应尽或许大，所以，Cr2越小越好。但是Cr2太小谐振阻抗太大，续流时刻太长，将影响驱动信号，开关管的占空比将严峻丢掉，输出功率下降。为统筹二者，在实践中一般取1/48fc2Lr2Cr20.1，所以

  当缓冲电容C1太大时，充放电时刻常数较长，若充放电时刻大于死区时刻td，将发生桥臂直通现象。为保证此现象不发生，所以缓冲电容取值不能太大。

  图5及图6给出了主电路中开关管的管压降和驱动信号的波形(图中：1驱动信号波形，2开关管管压降波形)，图7给出了硬开关DC/AC改换器的输出电压波形，图8给出了软开关DC/AC改换器的输出电压波形。

  由图5及图6可知在开关管的驱动信号到来之前，开关管两头的压降已为零，开关管完成了零电压注册;驱动信号关断后，开关管两头的电压还保持于零,开关管完成了零电压关断。

  由图7及图8可知在未完成软开关时，主电路的输出电压波形质量较差，而且有较大的“毛刺”(开关管在进行开关动作时发生)，这些“毛刺”的存在将对电路本身和周围其它电路和用电器发生严峻的电磁搅扰(EMI);在参加软开关电路后，输出电压波形质量有了很大改进，而且无任何“毛刺”，较好地按捺了电磁搅扰(EMI)。