一種串聯(lián)諧振逆變器控制方法的探討

0 引言

本文分析了移相PWM控制串聯(lián)諧振逆變器的實(shí)現(xiàn)。通過改變移相角來調(diào)節(jié)傳送給負(fù)載的功率，對(duì)功率MOSFET輸出電容的影響，提出了一種控制方案以確保功率器件在各種負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)ZVS，保證全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中MOSFET的柔性切換，使開關(guān)頻率緊密地跟隨諧振頻率，使逆變器工作在功率因數(shù)接近1的準(zhǔn)諧振狀態(tài)。

1 移相控制串聯(lián)諧振逆變器工作原理

全橋架構(gòu)的串聯(lián)諧振逆變器如圖1所示。4個(gè)開關(guān)管S1～S4，分別以50％的占空比開通，其中S1及S4為基準(zhǔn)臂開關(guān)，S2及S3為移相臂開關(guān)，每個(gè)橋臂上的功率管以180°的相位差開通與關(guān)斷，兩個(gè)橋臂開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間相差一個(gè)相位角φ，控制時(shí)序如圖2所示。使輸出的正負(fù)交替電壓之間插入一個(gè)箝位到零點(diǎn)的電壓值，這樣只要改變相位角φ就可以相應(yīng)改變輸出電壓的有效值，最終達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。當(dāng)采用移相調(diào)功方法時(shí)，電路的工作頻率變化較小，具有良好的負(fù)載適應(yīng)性。特別是當(dāng)負(fù)載阻抗具有較高品質(zhì)因數(shù)時(shí)，其調(diào)功范圍內(nèi)頻率變化更小[1]。

圖1 串聯(lián)諧振逆變器主電路

當(dāng)工作頻率在諧振頻率之上，即負(fù)載呈現(xiàn)感性狀態(tài)，負(fù)載電流io落后于準(zhǔn)方波電壓vAB，如圖2所示。要實(shí)現(xiàn)功率管的零電壓開通，必須要有足夠的能量用來抽走將要開通的開關(guān)管的輸出電容上的電荷；并給同一橋臂要關(guān)斷的開關(guān)管的結(jié)電容充電。開關(guān)管輸出電容放電結(jié)束后二極管續(xù)流，此時(shí)給出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，開關(guān)管將在零電壓狀態(tài)開通。如果開關(guān)頻率緊跟諧振點(diǎn)頻率保持恒定，由于φ角的增大，負(fù)載電流在S3開通前變成正相，ZVS將不能實(shí)現(xiàn)。為了防止失去ZVS狀態(tài)，應(yīng)確保開關(guān)管輸出電容的完全放電，所以控制器需要提高開關(guān)頻率，在S3開通前去獲得更大的負(fù)相負(fù)載電流。本系統(tǒng)利用了電路上的寄生元件，使得全橋架構(gòu)中的4個(gè)開關(guān)器件都能運(yùn)行于零電壓切換，不僅降低了切換損失與開關(guān)應(yīng)力，也不象硬開關(guān)PWM那樣需要采用緩沖吸收電路[2]。

圖2 工作波形

2 移相控制串聯(lián)諧振逆變器的分析

系統(tǒng)的全橋架構(gòu)等效電路如圖3所示。由圖3可知下列關(guān)系的存在：

負(fù)載因數(shù)Q=；

特征阻抗Zo=；

諧振頻率ω0=；

頻率標(biāo)么值ωn=（ωs為開關(guān)頻率）。

圖3 等效電路