全橋高頻鏈逆變電源的混合控制策略

1 引言

傳統(tǒng)逆變電源是由逆變器、工頻變壓器和周波變換器組成。由于應(yīng)用工頻變壓器，使得整個(gè)逆變電源又大又笨重，轉(zhuǎn)換效率難以提高。為了克服傳統(tǒng)逆變器的上述缺點(diǎn)，滿足人們對(duì)現(xiàn)代電源高功率密度、高效率、高可靠性、小型化的要求，近幾年來高頻鏈逆變技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。其中電流源型高頻鏈逆變技術(shù)已經(jīng)得到廣泛研究[1]。電流源型高頻鏈逆變電源以全橋結(jié)構(gòu)最具代表性，其組成是以反激式DC/DC變換器結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，應(yīng)用高頻變壓器替代工頻變壓器實(shí)現(xiàn)變壓與電氣隔離。此結(jié)構(gòu)具有拓?fù)浜?jiǎn)單、使用器件少、控制電路簡(jiǎn)單、可靠性高、體積小、轉(zhuǎn)換效率高和能量可以雙向流動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因此全橋高頻鏈逆變電源被廣泛應(yīng)用于小功率場(chǎng)合。

目前研究較多的電流型高頻鏈逆變器是由前級(jí)高頻逆變和周波變換器組成，電路結(jié)構(gòu)基本沒有變化，因此控制策略的進(jìn)一步優(yōu)化顯得格外重要，優(yōu)良的控制策略能夠提高系統(tǒng)的跟蹤性能與穩(wěn)定性，最終使系統(tǒng)得到良好的輸出特性。目前高頻鏈逆變器控制策略主要有以下三種方法：①正弦脈沖脈位控制策略（SPWPM），采用該方法，前級(jí)高頻逆變器采用移相SPWM控制，直流側(cè)逆變橋的開關(guān)管可以實(shí)現(xiàn)部分條件下的軟開關(guān)，周波變換器開關(guān)管始終工作在同步的高頻開關(guān)狀態(tài)[2，3]；②雙極型移相SPWM控制策略，前級(jí)逆變器采用雙極型PWM控制，高頻變壓器傳遞占空比為0.5的高頻交流脈沖方波，周波變換器工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)移相調(diào)壓控制[4]；③前級(jí)高頻逆變橋采用高頻開關(guān)，而周波變換器采用低頻開關(guān)策略，周波變換器驅(qū)動(dòng)脈沖周期為輸出交流電壓周期，與前級(jí)高頻逆變器驅(qū)動(dòng)脈沖無關(guān)，周波變換器為低頻開關(guān)，但是該控制策略只能實(shí)現(xiàn)能量的單向流，逆變器負(fù)載適應(yīng)性差，并且周波變換器的開關(guān)管承受很大的電壓應(yīng)力。采用方法1和方法2高頻鏈逆變器可以實(shí)現(xiàn)雙向功率流，但是周波變換器開關(guān)管一直為高頻開關(guān)，所以開關(guān)損耗比較大。因此尋找一種能夠能量雙向流、具有更高變換效率、較小電壓應(yīng)力且簡(jiǎn)單的周波變換器的驅(qū)動(dòng)方法顯得很有意義。

為此，本文提出一種控制策略――正弦脈沖脈位調(diào)制混合控制策略。此種控制方法不再依賴現(xiàn)有的PWM模擬芯片而采用數(shù)字控制，通過對(duì)輸出電壓與電流進(jìn)行過零比較與邏輯組合，得到周波變換器開關(guān)脈沖，方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。混合控制就是周波變換器開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖為低頻脈沖和高頻脈沖的混合，逆變器能量可以雙向流動(dòng)。在保留現(xiàn)有控制策略的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可以極大地減小周波變換器的控制難度，并減少其開關(guān)損耗，提高逆變器的變換效率與穩(wěn)定性。

2 全橋高頻鏈逆變器工作原理

圖1為全橋高頻鏈逆變器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，直流輸入經(jīng)逆變電路、高頻變壓器和周波變換器輸出交流到負(fù)載[5]。高頻變壓器傳遞的是正弦脈沖脈位調(diào)制波，由于全橋電路的能量可以雙向流動(dòng)，因此整個(gè)能量傳遞可以分為兩個(gè)過程，定義為：①能量正向傳遞階段（從直流到交流）；②能量回饋階段（從交流到直流）。