高頻脈沖交流中移相控制策略詳解

為克服高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器存在的電壓過沖現(xiàn)象，本文提出和研究了單極性、雙極性移相控制策略。兩類控制策略可分別使得逆變器功率器件實(shí)現(xiàn)ZVS或ZVZCS軟開關(guān)，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了控制策略的可行性。

　　1 引言

　　高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器[1～5]，如圖1所示。該電路結(jié)構(gòu)[5]由高頻逆變器(推挽式、半橋式、全橋式)、高頻變壓器、周波變換器(全波式、橋式)構(gòu)成，具有電路拓?fù)浜?jiǎn)潔、雙向功率流、兩級(jí)功率變換(DC/HFAC/LFAC)、變換效率高等優(yōu)點(diǎn)。

　　圖1 高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器電路結(jié)構(gòu)

　　但這類逆變器在采用傳統(tǒng)的PWM技術(shù)時(shí)，周波變換器器件換流將打斷高頻變壓器漏感中連續(xù)的電流而造成不可避免的電壓過沖。由于這個(gè)原因，這類方案都需采用一些緩沖電路或有源電壓箝位電路來吸收存儲(chǔ)在漏感中的能量。有源電壓箝位電路是以增加功率器件數(shù)和控制電路的復(fù)雜性為代價(jià)的，故不十分理想。

　　因此，在不增加電路拓?fù)鋸?fù)雜性的前提下，如何解決高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器固有的電壓過沖問題和實(shí)現(xiàn)周波變換器的軟換流技術(shù)，是高頻環(huán)節(jié)逆變技術(shù)的一個(gè)研究重點(diǎn)。為此，本文提出和研究了單極性、雙極性移相控制策略，可分別使得逆變器功率器件實(shí)現(xiàn)ZVS或ZVZCS軟開關(guān)。

　　2 單極性移相控制原理

　　根據(jù)高頻逆變器(推挽式、半橋式、全橋式)、周波變換器(全波式、橋式)的組合不同，高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器具有6種電路拓?fù)鋄5]，其中全橋全波式、全橋橋式電路如圖2所示。

　　圖2 全橋全波式和全橋橋式逆變器電路

　　圖3　單極性移相控制原理

　　以全橋全波式高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器為例，其單極性移相控制原理，如圖3所示。高頻逆變器將輸入電壓Ui調(diào)制成雙極性三態(tài)電壓波uEF，周波變換器將此電壓波解調(diào)為單極性SPWM波uDC，經(jīng)輸出濾波后得到正弦電壓uo，周波變換器功率開關(guān)在uEF為零期間進(jìn)行ZVS換流。逆變器右橋臂相對(duì)左橋臂存在移相角θ，而且輸出濾波器前端電壓uDC為單極性SPWM波，故為單極性移相控制。S1與S4、S2與S3之間在一個(gè)開關(guān)周期Ts內(nèi)的共同導(dǎo)通時(shí)間為

　　Tcom=Ts(180o-θ)/ (2×180o )　　　　　　　　　　　　　(1)

　　當(dāng)輸入電壓Ui降低或負(fù)載變大時(shí)，導(dǎo)致輸出電壓uo降低，閉環(huán)反饋控制使得移相角θ減小、共同導(dǎo)通時(shí)間Tcom增大，從而使得輸出電壓增大。因此，調(diào)節(jié)移相角θ可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。