一種串聯(lián)諧振逆變器控制方法的探討

0 引言

本文分析了移相PWM控制串聯(lián)諧振逆變器的實(shí)現。通過(guò)改變移相角來(lái)調節傳送給負載的功率，對功率MOSFET輸出電容的影響，提出了一種控制方案以確保功率器件在各種負載條件下實(shí)現ZVS，保證全橋拓撲結構中MOSFET的柔性切換，使開(kāi)關(guān)頻率緊密地跟隨諧振頻率，使逆變器工作在功率因數接近1的準諧振狀態(tài)。

1 移相控制串聯(lián)諧振逆變器工作原理

全橋架構的串聯(lián)諧振逆變器如圖1所示。4個(gè)開(kāi)關(guān)管S1～S4，分別以50％的占空比開(kāi)通，其中S1及S4為基準臂開(kāi)關(guān)，S2及S3為移相臂開(kāi)關(guān)，每個(gè)橋臂上的功率管以180°的相位差開(kāi)通與關(guān)斷，兩個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)的驅動(dòng)信號之間相差一個(gè)相位角φ，控制時(shí)序如圖2所示。使輸出的正負交替電壓之間插入一個(gè)箝位到零點(diǎn)的電壓值，這樣只要改變相位角φ就可以相應改變輸出電壓的有效值，最終達到調節輸出功率的目的。當采用移相調功方法時(shí)，電路的工作頻率變化較小，具有良好的負載適應性。特別是當負載阻抗具有較高品質(zhì)因數時(shí)，其調功范圍內頻率變化更小[1]。

圖1 串聯(lián)諧振逆變器主電路

當工作頻率在諧振頻率之上，即負載呈現感性狀態(tài)，負載電流io落后于準方波電壓vAB，如圖2所示。要實(shí)現功率管的零電壓開(kāi)通，必須要有足夠的能量用來(lái)抽走將要開(kāi)通的開(kāi)關(guān)管的輸出電容上的電荷；并給同一橋臂要關(guān)斷的開(kāi)關(guān)管的結電容充電。開(kāi)關(guān)管輸出電容放電結束后二極管續流，此時(shí)給出驅動(dòng)信號，開(kāi)關(guān)管將在零電壓狀態(tài)開(kāi)通。如果開(kāi)關(guān)頻率緊跟諧振點(diǎn)頻率保持恒定，由于φ角的增大，負載電流在S3開(kāi)通前變成正相，ZVS將不能實(shí)現。為了防止失去ZVS狀態(tài)，應確保開(kāi)關(guān)管輸出電容的完全放電，所以控制器需要提高開(kāi)關(guān)頻率，在S3開(kāi)通前去獲得更大的負相負載電流。本系統利用了電路上的寄生元件，使得全橋架構中的4個(gè)開(kāi)關(guān)器件都能運行于零電壓切換，不僅降低了切換損失與開(kāi)關(guān)應力，也不象硬開(kāi)關(guān)PWM那樣需要采用緩沖吸收電路[2]。

圖2 工作波形

2 移相控制串聯(lián)諧振逆變器的分析

系統的全橋架構等效電路如圖3所示。由圖3可知下列關(guān)系的存在：

負載因數Q=；

特征阻抗Zo=；

諧振頻率ω0=；

頻率標么值ωn=（ωs為開(kāi)關(guān)頻率）。

圖3 等效電路