一種串聯(lián)諧振逆變器控制方法的探討

對功率調(diào)節(jié)而言，Q值的大小與所允許的最大相移大小相對應(yīng)。倘若期望的輸出功率由給定的功率要求所限定，為保證功率的恒定，在低Q值下工作時，所需的相移角就可能比φmax大，這樣將會失去ZVS狀態(tài)。為減小βmin，增大φmax，應(yīng)使環(huán)流能量盡量小，所以，開關(guān)頻率應(yīng)盡可能接近諧振頻率，在保證ZVS條件下，可以通過工作在比諧振頻率略高的頻率級別，即通過使負(fù)載工作在感性條件下來解決。

3 控制目標(biāo)及策略

本系統(tǒng)的控制目標(biāo)是，調(diào)節(jié)輸出功率，并在各種負(fù)載條件下保持ZVS。

對功率調(diào)節(jié)來講，如果對于各種負(fù)載條件下，βmin已知，一種利用開關(guān)頻率和移相的調(diào)功方法可以用式（1）、式（2）、式（3）和式（6）迭代后獲得。因此，本文提出了一種確保在各種負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)ZVS的控制策略，包含3種簡化控制實(shí)現(xiàn)的選擇，即固定β相位控制；固定β時間控制與隨峰值電流補(bǔ)償β時間控制。

最簡單的實(shí)現(xiàn)方法是為適合于最壞的負(fù)載狀況，即調(diào)節(jié)β為一個恒定的相位值βfixed。βfixed是保證ZVS狀況下，對負(fù)載變化范圍中所需要的βmin的最大值，它可以通過式（2）獲得。在保證ZVS的最低Q值處將產(chǎn)生βmin的最大值，因為，此時槽路電流最小。給定Pn，Q和βfixed，可通過式（1）、式（3）和式（6）迭代獲得ωn和φ。所選擇的Pn值應(yīng)當(dāng)是對于負(fù)載變化范圍中的最大值，從而減小環(huán)流能量損失。較大的Pn值意味著開關(guān)頻率將緊隨諧振點(diǎn)頻率和較大的Zo。但這將導(dǎo)致大的開通率，并減小了次級電容峰值電壓，從而允許低電壓等級的次級電容的應(yīng)用。

分析表明，固定β時間的調(diào)節(jié)較之固定β相位調(diào)節(jié)只是稍稍改善了逆變器的功率因數(shù)。對于固定相位控制來講，α只是比固定時間控制略大。隨著負(fù)載參數(shù)的增大，對固定相位控制來講tβ增大，然而對于固定時間控制，tβ和預(yù)期一樣保持恒量。因此，固定時間控制對于tβ是理想的，即tβfixed=βfixed/ωn。把歸一化時間轉(zhuǎn)化為實(shí)際的時間時，tβ需要乘以。選擇一個較高的Pn是為了得到更高的歸一化頻率。因為逆變器將進(jìn)一步地工作在諧振點(diǎn)附近。在這種狀態(tài)下的控制策略將確保ZVS。

在此，我們選擇隨峰值電流補(bǔ)償β時間控制的方式。tβ不再被一個固定的時間值而是由變化的時間策略所控制。在這種實(shí)現(xiàn)方式下，隨著Q值的增大，槽路峰值電流Ip會隨之增大。對于更高的峰值電流tβ可能會減小，這個與負(fù)載峰值電流有聯(lián)系的β可由式（2）體現(xiàn)。一個控制系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)隨著負(fù)載峰值電流的增大而自動減小tβfixed的初始值?？刂聘鶕?jù)式（7）來實(shí)現(xiàn)。

tβ=tβfixed－KIp（7）

式中：Ip為峰值電流；

K為最理想增益。

圖5表示，當(dāng)固定Q值時，采用峰值電流補(bǔ)償控制，與固定時間或固定相位控制方法相比較，功率因數(shù)有了進(jìn)一步的提高（α相對小）。

圖5 采用不同控制時

4 結(jié)語

本文闡明了一種控制策略，提出了在各種負(fù)載條件下獲得ZVS的實(shí)現(xiàn)方法。通過改變移相角進(jìn)行輸出功率的調(diào)節(jié)，改變開關(guān)頻率去確保ZVS狀態(tài)。設(shè)計者可以依據(jù)負(fù)載的不同要求及不同的應(yīng)用場合采用該控制方法。