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单级高频链逆变技术研究

李伟  
【摘要】: 本文在阐述高频链逆变技术产生和发展的基础上,分析了几种具有代表性的电压源和电流源高频链逆变技术的优缺点,电流源高频链逆变技术克服了电压源高频链逆变技术固有的电压过冲问题,在小功率场合性能优越具有良好的应用前景。从完善电路拓扑和降低成本的角度出发,本文提出了两种结构的电流源高频链逆变电路,它们分别是由四个功率管组成的半桥和推挽双向电流源高频链单级逆变电路,并将工作在电感电流断续模式的逆变电路扩展到电感电流连续模式。 半桥双向电流源高频链逆变电路只需一级功率变换即可实现直流到交流的转换,在继承全桥高频链逆变电路优点的同时,使用的功率管更少,功率管的减小同时降低了驱动电路的成本。通过实验和仿真,对比研究了电路中周波变换器的两种常用的缓冲电路,指出采用RCD缓冲电路损耗更小;提高变压器匝比有利于减小铁芯储能的回馈,提高逆变器变换效率,但它同时也增加了副边功率管的电压应力,必须综合两方面确定合理的匝比。500VA输出的航空静止变流器样机试验结果表明,逆变电路输出外特性平直,正弦电压失真度小,变换效率高,体积小,成本低。采用单电源供电的半桥电路,如仅采用电压反馈控制方案无法克服桥臂电容电压的不平衡,通过加入平衡绕组可以克服这一缺陷,扩大电路的应用场合。 推挽双向电流源高频链逆变电路也是由四个功率管组成,500VA的原理样机的仿真和实验研究结果表明,该电路元器件少、电路拓扑简单、能够四象限可靠运行、变换效率高,并不要求器件参数的完全对称,适合于输入电压较低的场合。与半桥高频链逆变电路相同,推挽电流源高频链逆变电路输出可以空载、接阻性负载和感性负载。当输入电压变化、输出从空载变化到额定阻性时,输出电压变化量小于1.3%,正弦输出电压波形失真度小于2%,变换效率最高为86.3%,额定阻性负载时效率为84.4%。由推导可得损耗计算公式,利用数学计算软件计算出电路输出从空载到410W阻性负载时损耗分布变化,该结果与实验数据基本相吻合,证实了这种方法的正确性;通过对计算数据的分析,指出了进一步提高效率的关键在于输出相同功率时降低功率管的电流峰值和有效值,减小绕组和MOSFET的导通电阻。 本文将工作于DCM方式的单级高频链逆变电路扩宽到CCM工作方式,仿真和试验结果表明CCM模式下流过功率管电流峰值和有效值明显减小,这对提高逆变电路的效率具有重要意义。工作在CCM方式的单级高频链逆变电路,由于变压器电感增大,变压器的体积也将增大。但对输出功率和绕组电阻相同时逆变电路仿真结果表明,CCM的效率比DCM提高了三个百分点;试验结果说明尽管CCM的绕组电阻比DCM的大,变换器效率仍提高了1.5%。通过对工作于DCM和CCM模式的Flyback功率变换器和单级高频链逆变电路开环传递函数的分析,尽管在CCM模式下电路属 单级高频链逆变技术研究 于不稳定系统,只要合理的选择补偿网络oto调节器)及其参数,可以确保单级高 频链逆变电路具有良好的稳定性和动态响应,并能输出良好的正弦电压。采用比例. 积分.微分补偿网络的推挽高频链逆变电路在输出从空载变化到额定阻性负载变化的 过程中,逆变电路工作模式从DCM变化到CCM模式,实验结果表明电路在这两种 模式下都能输出稳定的正弦电压,且具有较高的稳态精度。


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