高頻脈寬調制技術在逆變器中的應用
摘要:將HPWM軟開關技術應用于逆變器,在不增加任何輔助電路的基礎上實現了功率管的ZVS通斷。HPWM軟開關方式逆變器電路控制簡單,基本不增加功率管的附加應力,且開通損耗大大減少,具有可靠性和效率均高的優(yōu)點。分析了方案的工作原理以及實現ZVS的條件。同時指出方案存在的問題和解決辦法。研制的工作頻率50kHz,1000VA的逆變器證明方案的可行性。
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/156572.htm
1 引言
由于對逆變器高頻化的追求,硬開關所固有的缺陷變得不可容忍:開通和關斷損耗大;容性開通問題;二極管反向恢復問題;感性關斷問題;硬開關電路的EMI問題。因此,有必要尋求較好的解決方案盡量減少或消除硬開關帶來的各種問題。軟開關技術是克服以上缺陷的有效辦法。最理想的軟開通過程是:電壓先下降到零后,電流再緩慢上升到通態(tài)值,開通損耗近似為零。因功率管開通前電壓已下降到零,其結電容上的電壓即為零,故解決了容性開通問題,同時也意味著二極管已經截止,其反向恢復過程結束,因此二極管的反向恢復問題亦不復存在。最理想的軟關斷過程為:電流先下降到零,電壓再緩慢上升到斷態(tài)值,所以關斷損耗近似為零。由于功率管關斷前電流已下降到零,即線路電感中電流亦為零,所以感性關斷問題得以解決。
基于此,本文探討性地提出了一種用于全橋逆變器的,HPWM控制方式的ZVS軟開關技術,如圖1所示。其出發(fā)點是在盡量不改變硬開關拓撲結構,即盡量不增加或少增加輔助元器件的前提下,有效利用現有電路元器件及功率管的寄生參數,為逆變橋主功率管創(chuàng)造ZVS軟開關條件,最大限度地實現ZVS,從而達到減少損耗,降低EMI,提高可靠性的目的。
圖1 HPWM控制方式
2 HPWM控制方式下實現ZVS的工作原理
考慮到MOS管輸出結電容值的離散性及非線性,每只MOS管并聯一小電容,吸收其結電容在內等效為C1-C4,且C1=C2=C3=C4=Ceff;D1-D4為MOS管的體二極管,則HPWM軟開關方式在整個輸出電壓的一個周期內共有12種開關狀態(tài)?;谡摪胫軆蓚€橋臂工作的對稱性,以輸出電壓正半周為例,其等效電路模式如圖2所示。圖3給出了輸出電壓正半周的一個開關周期內的電路的主要波形,此時S4常通,S2關斷。由于載波頻率遠大于輸出電壓基波頻率,在一個開關周期Ts內近似認為輸出電壓Uo保持不變,電感電流的相鄰開關周期的瞬時極值不變。
(a)模式A (b)模式A1 (c)模式B
(d)模式 B1(e)模式C (f)模式C1
圖2 HPWM軟開關方式工作狀態(tài)及電路模式
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