開關(guān)型逆變器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著全控型功率器件的高頻調(diào)制技術(shù)的快速發(fā)展和不斷完善，開關(guān)型逆變器無論在電路的基本形式或控制的基本方法方面都已趨于成熟。然而，開關(guān)型逆變器技術(shù)仍然在許多方面以更快的速度不斷地發(fā)展，從總體來看，可以包含以下方面：

(1)高頻化

開關(guān)型逆變器在高頻化的發(fā)展方向上已經(jīng)取得了很大的成就。高頻化技術(shù)直接導(dǎo)致了隔離變壓器和交流濾波器體積、重量的明顯減小;同時(shí)，高頻化也導(dǎo)致了開關(guān)損耗的迅速增加和電磁干擾的增大。高頻化的發(fā)展也在很大程度上受制于逆變器轉(zhuǎn)換功率的量級(jí)。

軟開關(guān)技術(shù)的提出和應(yīng)用在很大程度上緩解了開關(guān)損耗和電磁干擾的影響，特別是PWM軟開關(guān)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的同時(shí)，兼顧了脈寬調(diào)制線性化和易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，逆變器高頻化技術(shù)在中小功率高頻鏈多級(jí)變換逆變器中的應(yīng)用已相當(dāng)成熟，但各種高頻鏈單級(jí)變換逆變器的應(yīng)用和諧振型高頻鏈單級(jí)變換逆變器的應(yīng)用正在推廣之中，其中有很多技術(shù)問題還需要進(jìn)一步的探索和研究。自從美國(guó)威斯康星(Wisconsin)大學(xué)的D.M.Divan教授提出直流母線諧振軟開關(guān)技術(shù)和橋臂極諧振軟開關(guān)技術(shù)后，逆變器的高頻化開始向中大功率等級(jí)逆變領(lǐng)域擴(kuò)展，由于受到大功率器件開關(guān)特性的制約，這個(gè)領(lǐng)域的高頻化還有許多事情要做。

(2)逆變器的模塊集成化發(fā)展

功率器件的模塊化和智能化過程實(shí)際上由來已久了。隨著集成技術(shù)的進(jìn)步，模塊內(nèi)除功率器件之外，還集成有相應(yīng)的接口電路、保護(hù)電路(含過電流、過電壓、欠電壓和過熱保護(hù)等)和驅(qū)動(dòng)電路，通常稱為智能功率模塊(IPM)。如果把控制電路也集成到功率模塊中去，便形成所謂的功率集成電路(PIC)，這是微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)的完美結(jié)合，是電力電子技術(shù)的重大進(jìn)步，并且已經(jīng)在許多應(yīng)用領(lǐng)域顯示出巨大的優(yōu)越性。但需要指出的是：無論是IPM還是PIC,由于受到模塊中電、熱、磁等多種因素的影響，特別是電感和電容等無源器件的影響，在集成的功率等級(jí)和形成集成化的功率變換裝置上都還很有限。

(3)開關(guān)型逆變器的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化控制

傳統(tǒng)的開關(guān)型逆變器多為模擬控制。隨著數(shù)字控制芯片的快速發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了數(shù)字-模擬混合型控制。雖然模擬控制有其連續(xù)性好和響應(yīng)速度快等許多優(yōu)點(diǎn)。但其存在許多固有缺陷，如電路復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、穩(wěn)定性和一致性差等。隨著開關(guān)型逆變器的模塊化和串并聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，特別是在分布式系統(tǒng)中對(duì)開關(guān)型逆變器的控制具有網(wǎng)絡(luò)化的功能要求，模擬控制電路將無能為力。

各種專用的高速數(shù)字處理芯片數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列芯片(FPGA)的出現(xiàn)極大地提高了信息的處理速度和處理能力，使得開關(guān)型逆變器的數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化控制實(shí)現(xiàn)已成為今后發(fā)展中最重要的趨勢(shì)。它的優(yōu)越性主要可體現(xiàn)在以下方面：可以使開關(guān)型逆變器的控制具有網(wǎng)絡(luò)化的功能，即逆變器的工作可按控制中心的指令實(shí)時(shí)改變;其工作參數(shù)可通過數(shù)據(jù)通信進(jìn)行傳送;可以方便地實(shí)現(xiàn)各種高性能的控制算法，包括各種參數(shù)可設(shè)定的或自適應(yīng)的PID控制、重復(fù)控制、各種智能控制等;可以按負(fù)載特性的不同靈活地進(jìn)行控制策略、控制方法和控制參數(shù)的調(diào)整，而通常不必重新制作硬件電路板，所有的工作可以通過軟件設(shè)計(jì)完成;易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，使得可靠性提高、一致性好、維修方便;易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控、故障診斷及安全運(yùn)行的冗余控制。