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高频脉宽调制技术在逆变器中的应用

发布时间:2020-06-30 19:57:34 阅读: 来源:护踝厂家

摘要:将HPWM软开关技术应用于逆变器,在不增加任何辅助电路的基础上实现了功率管的ZVS通断。HPWM软开关方式逆变器电路控制简单,基本不增加功率管的附加应力,且开通损耗大大减少,具有可靠性和效率均高的优点。分析了方案的工作原理以及实现ZVS的条件。同时指出方案存在的问题和解决办法。研制的工作频率50kHz,1000VA的逆变器证明方案的可行性。

本文引用地址:关键词:高频脉宽调制;软开关;逆变器;零电压开关

1 引言

由于对逆变器高频化的追求,硬开关所固有的缺陷变得不可容忍:开通和关断损耗大;容性开通问题;二极管反向恢复问题;感性关断问题;硬开关电路的EMI问题。因此,有必要寻求较好的解决方案尽量减少或消除硬开关带来的各种问题。软开关技术是克服以上缺陷的有效办法。最理想的软开通过程是:电压先下降到零后,电流再缓慢上升到通态值,开通损耗近似为零。因功率管开通前电压已下降到零,其结电容上的电压即为零,故解决了容性开通问题,同时也意味着二极管已经截止,其反向恢复过程结束,因此二极管的反向恢复问题亦不复存在。最理想的软关断过程为:电流先下降到零,电压再缓慢上升到断态值,所以关断损耗近似为零。由于功率管关断前电流已下降到零,即线路电感中电流亦为零,所以感性关断问题得以解决。

基于此,本文探讨性地提出了一种用于全桥逆变器的,HPWM控制方式的ZVS软开关技术,如图1所示。其出发点是在尽量不改变硬开关拓扑结构,即尽量不增加或少增加辅助元器件的前提下,有效利用现有电路元器件及功率管的寄生参数,为逆变桥主功率管创造ZVS软开关条件,最大限度地实现ZVS,从而达到减少损耗,降低EMI,提高可靠性的目的。

图1 HPWM控制方式

2 HPWM控制方式下实现ZVS的工作原理

考虑到MOS管输出结电容值的离散性及非线性,每只MOS管并联一小电容,吸收其结电容在内等效为C1-C4,且C1=C2=C3=C4=Ceff;D1-D4为MOS管的体二极管,则HPWM软开关方式在整个输出电压的一个周期内共有12种开关状态。基于正负半周两个桥臂工作的对称性,以输出电压正半周为例,其等效电路模式如图2所示。图3给出了输出电压正半周的一个开关周期内的电路的主要波形,此时S4常通,S2关断。由于载波频率远大于输出电压基波频率,在一个开关周期Ts内近似认为输出电压Uo保持不变,电感电流的相邻开关周期的瞬时极值不变。

(a)模式A (b)模式A1 (c)模式B

(d)模式 B1(e)模式C (f)模式C1

图2 HPWM软开关方式工作状态及电路模式

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