資料介紹
1 引言
DC/AC逆變電源應用廣泛,傳統的低頻逆變技術采用工頻變壓器,其缺點明顯。所謂高頻鏈逆變技術就是采用高頻變壓器替代低頻變壓器傳輸能量,并實現變流裝置初、次級電源之間的電氣隔離,減小了變壓器的體積和重量,克服了低頻逆變技術的缺點,顯著提高了逆變器的特性。
雙向電壓型高頻鏈逆變器存在一個固有的缺陷,即采用傳統PWM技術的周波變換器換流時漏感能量會引起電壓過沖。在不增加拓撲復雜性的情況下,采用合理的調制方法可解決這一問題。雙極性雙調制波方法是一種有效的方案,在不加箝位或吸收電路時,該方法可以實現高頻逆變橋開關管的ZVS開通和周波變換器開關管的ZCS關斷;濾波電感電流極性選擇信號的引入,避免了換流重疊期間周波變換器中的環流現象。此外,該控制方法易于用數字控制實現。這里在全橋全波式高頻鏈逆變器拓撲的基礎上,實現了基于DSP TMS320F2812的雙極性雙調制波控制策略。
2 主電路與工作原理
全橋全波式高頻鏈逆變器的基本結構如圖1所示,主要由高頻逆變橋、高頻變壓器、周波變換器和輸出濾波器組成。其中VS1~VS4為高頻逆變橋的開關管,VS5~VS8為周波變換器的開關管,T為高頻變壓器,Lf,Cf組成濾波器,Ui為輸入直流電壓,uo為輸出電壓。該拓撲具有變換效率高、可靠性高、雙向功率流和兩級功率變換等特點。
雙極性雙調制波控制的原理圖如圖2所示。它將三角波作為載波,調節器的輸出與其相反值作為調制波,對電路中的開關管進行控制。高頻逆變橋可看作單相方波逆變器,若不考慮死區時間,則逆變橋開關管驅動信號的占空比恒為0.5。周波變換器采用移相控制,驅動信號由調制波及其相反值分別與三角載波交截得到,移相角隨正弦規律略有變化。為保證周波變換器開關管換流時濾波電感電流連續,VS5和VS7,VS6和VS8的驅動信號間應有共態導通時間。另外,周波變換器開關管流過的電流為濾波電感電流,為防止周波變換器開關管在換流時電路產生環流,應檢測濾波電感電流的極性來控制周波變換器中各開關管的通斷。
由圖2可知,采用雙極性雙調制波策略時,高頻逆變橋可以視為方波逆變器。在周波變換器中,忽略濾波電感電流極性選擇,當Uo》0時,VS5,VS7為超前臂,VS8,VS6為滯后臂;當uo《0時,VS5,VS7為滯后臂,VS8,VS6為超前臂。當不考慮高頻逆變橋死區以及周波變換器換流重疊區時,所有開關管驅動信號的占空比為0.5。
在該控制方法中,高頻變壓器傳遞的是占空比恒為0.5的交流方波,高頻交流方波再經過周波變換器進行低頻解調,輸出雙極性SPWM波,經低通濾波后,輸出正弦波。該控制方法解決了電壓型高頻鏈逆變器換流時固有的電壓過沖問題,控制信號易于用數字控制實現。
DC/AC逆變電源應用廣泛,傳統的低頻逆變技術采用工頻變壓器,其缺點明顯。所謂高頻鏈逆變技術就是采用高頻變壓器替代低頻變壓器傳輸能量,并實現變流裝置初、次級電源之間的電氣隔離,減小了變壓器的體積和重量,克服了低頻逆變技術的缺點,顯著提高了逆變器的特性。
雙向電壓型高頻鏈逆變器存在一個固有的缺陷,即采用傳統PWM技術的周波變換器換流時漏感能量會引起電壓過沖。在不增加拓撲復雜性的情況下,采用合理的調制方法可解決這一問題。雙極性雙調制波方法是一種有效的方案,在不加箝位或吸收電路時,該方法可以實現高頻逆變橋開關管的ZVS開通和周波變換器開關管的ZCS關斷;濾波電感電流極性選擇信號的引入,避免了換流重疊期間周波變換器中的環流現象。此外,該控制方法易于用數字控制實現。這里在全橋全波式高頻鏈逆變器拓撲的基礎上,實現了基于DSP TMS320F2812的雙極性雙調制波控制策略。
2 主電路與工作原理
全橋全波式高頻鏈逆變器的基本結構如圖1所示,主要由高頻逆變橋、高頻變壓器、周波變換器和輸出濾波器組成。其中VS1~VS4為高頻逆變橋的開關管,VS5~VS8為周波變換器的開關管,T為高頻變壓器,Lf,Cf組成濾波器,Ui為輸入直流電壓,uo為輸出電壓。該拓撲具有變換效率高、可靠性高、雙向功率流和兩級功率變換等特點。
雙極性雙調制波控制的原理圖如圖2所示。它將三角波作為載波,調節器的輸出與其相反值作為調制波,對電路中的開關管進行控制。高頻逆變橋可看作單相方波逆變器,若不考慮死區時間,則逆變橋開關管驅動信號的占空比恒為0.5。周波變換器采用移相控制,驅動信號由調制波及其相反值分別與三角載波交截得到,移相角隨正弦規律略有變化。為保證周波變換器開關管換流時濾波電感電流連續,VS5和VS7,VS6和VS8的驅動信號間應有共態導通時間。另外,周波變換器開關管流過的電流為濾波電感電流,為防止周波變換器開關管在換流時電路產生環流,應檢測濾波電感電流的極性來控制周波變換器中各開關管的通斷。
由圖2可知,采用雙極性雙調制波策略時,高頻逆變橋可以視為方波逆變器。在周波變換器中,忽略濾波電感電流極性選擇,當Uo》0時,VS5,VS7為超前臂,VS8,VS6為滯后臂;當uo《0時,VS5,VS7為滯后臂,VS8,VS6為超前臂。當不考慮高頻逆變橋死區以及周波變換器換流重疊區時,所有開關管驅動信號的占空比為0.5。
在該控制方法中,高頻變壓器傳遞的是占空比恒為0.5的交流方波,高頻交流方波再經過周波變換器進行低頻解調,輸出雙極性SPWM波,經低通濾波后,輸出正弦波。該控制方法解決了電壓型高頻鏈逆變器換流時固有的電壓過沖問題,控制信號易于用數字控制實現。
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