理论教育 电路拓扑及PWM控制逻辑实现四象限工作的高频链逆变器

电路拓扑及PWM控制逻辑实现四象限工作的高频链逆变器

更新时间:2025-01-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:如图3-10所示,该逆变器由推挽正激电路、高频变压器、有源整流桥(桥Ⅰ)、输出逆变桥(桥Ⅱ)和输出滤波器构成。如图3-11所示,双向高频链逆变器实现四象限工作需要合适的PWM控制逻辑相配合。图3-11 逆变器四象限工作模式a)uo-io相平面 b)逆变器输出电压、电流推挽正激准单级高频链逆变器中的所有开关器件的控制信号都是由三角载波SPWM调制电路产生。

如图3-10所示,该逆变器由推挽正激电路、高频变压器、有源整流桥(桥Ⅰ)、输出逆变桥(桥Ⅱ)和输出滤波器构成。图中p和n之间为单极性的高频直流脉冲电压,因此,可以采用只有一个功率开关和一个电容组成的简单的有源箝位电路,来抑制功率器件关断时的尖峰电压,如图中阴影部分。

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图3-10 推挽正激准单级双向高频链逆变器

虚拟直流环准单级功率变换拓扑的特点可总结如下:

(1)由两个PWM开关网络直接级联而成,两个网络中的功率器件在负载电流传输路径中串联工作,因此,可以通过一个网络中的功率器件控制负载电流,即实现了功率的单级变换。

(2)有利于为其中一个网络中的功率器件创造软开关条件,降低系统的开关损耗。

(3)与矩阵式变换器或周波变换器相比,不需要使用双向开关器件,PWM控制逻辑简单、容易实现。

(4)由于软开关的实现和单级功率变换,具有高效率和高可靠性。

(5)由于母线上为单极性的脉冲直流电压,可以采用简单的箝位电路来抑制开关的过电压。(www.daowen.com)

如图3-11所示,双向高频链逆变器实现四象限工作需要合适的PWM控制逻辑相配合。对于大多数双向逆变器,需要根据输出电压和输出电流的极性判断工作象限,并改变控制逻辑来实现四象限工作,增加了控制电路和检测电路设计的复杂性。而推挽正激准单级逆变器采用一种对称组合式单极性PWM调制方式。在该调制方式下,逆变器不仅能够实现四象限工作,还能够使所有功率器件工作于软开关状态,并且控制电路简单,容易实现。

为简化对推挽正激准单级双向高频链逆变器工作原理的分析,作如下假设:所有功率器件都是理想器件;输出滤波电感Lo足够大,在电路换流期间,输出电流io可以认为保持不变;箝位电容Cc足够大,在一个高频开关周期内,其两端电压保持恒定。

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图3-11 逆变器四象限工作模式

a)uo-io相平面 b)逆变器输出电压、电流

推挽正激准单级高频链逆变器中的所有开关器件的控制信号都是由三角载波SPWM调制电路产生。变压器一次侧推挽正激电路和二次侧有源整流桥(桥Ⅰ)电路同时进行换相,并且以50%固定占空比工作(忽略死区时间),其换相时刻与输出逆变桥(桥Ⅱ)电路的换相时刻错开,并且保证在输出电流续流期间使一次侧电路和桥Ⅰ换相。这样在一次侧电路和桥Ⅰ换相时,功率开关中的电流基本为零,可以实现零电流开关,减小了开关损耗。一次侧电路、桥Ⅰ以及高频变压器的作用只是实现电气隔离和调整电压比,换相的目的是为了保证高频变压器的磁通平衡。输出正弦电压波形是通过输出逆变桥(桥Ⅱ)利用PWM控制来实现的。

假设逆变器负载呈感性,其输出电压和电流波形以及象限划分如图3-11a所示。由于逆变器在Ⅲ、Ⅳ象限的工作过程与在Ⅰ、Ⅱ象限的工作过程完全一致,只是输出逆变桥中的对角开关的控制逻辑需要根据电压极性信号切换。因此,下面只针对逆变器工作于Ⅰ、Ⅱ象限的情况进行详细分析。

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