全橋高頻鏈逆變電源的混合控制策略

1 引言

傳統逆變電源是由逆變器、工頻變壓器和周波變換器組成。由于應用工頻變壓器，使得整個(gè)逆變電源又大又笨重，轉換效率難以提高。為了克服傳統逆變器的上述缺點(diǎn)，滿(mǎn)足人們對現代電源高功率密度、高效率、高可靠性、小型化的要求，近幾年來(lái)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構最具代表性，其組成是以反激式DC/DC變換器結構為基礎，應用高頻變壓器替代工頻變壓器實(shí)現變壓與電氣隔離。此結構具有拓撲簡(jiǎn)單、使用器件少、控制電路簡(jiǎn)單、可靠性高、體積小、轉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高頻逆變和周波變換器組成，電路結構基本沒(méi)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的跟蹤性能與穩定性，最終使系統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，前級高頻逆變器采用移相SPWM控制，直流側逆變橋的開(kāi)關(guān)管可以實(shí)現部分條件下的軟開(kāi)關(guān)，周波變換器開(kāi)關(guān)管始終工作在同步的高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)[2，3]；②雙極型移相SPWM控制策略，前級逆變器采用雙極型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(kāi)關(guān)狀態(tài)，實(shí)現移相調壓控制[4]；③前級高頻逆變橋采用高頻開(kāi)關(guān)，而周波變換器采用低頻開(kāi)關(guān)策略，周波變換器驅動(dòng)脈沖周期為輸出交流電壓周期，與前級高頻逆變器驅動(dòng)脈沖無(wú)關(guān)，周波變換器為低頻開(kāi)關(guān)，但是該控制策略只能實(shí)現能量的單向流，逆變器負載適應性差，并且周波變換器的開(kāi)關(guān)管承受很大的電壓應力。采用方法1和方法2高頻鏈逆變器可以實(shí)現雙向功率流，但是周波變換器開(kāi)關(guān)管一直為高頻開(kāi)關(guān)，所以開(kāi)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、較小電壓應力且簡(jiǎn)單的周波變換器的驅動(dòng)方法顯得很有意義。

為此，本文提出一種控制策略――正弦脈沖脈位調制混合控制策略。此種控制方法不再依賴(lài)現有的PWM模擬芯片而采用數字控制，通過(guò)對輸出電壓與電流進(jìn)行過(guò)零比較與邏輯組合，得到周波變換器開(kāi)關(guān)脈沖，方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現。混合控制就是周波變換器開(kāi)關(guān)管的驅動(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)。在保留現有控制策略的優(yōu)點(diǎn)的基礎上，可以極大地減小周波變換器的控制難度，并減少其開(kāi)關(guān)損耗，提高逆變器的變換效率與穩定性。

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撲結構，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載[5]。高頻變壓器傳遞的是正弦脈沖脈位調制波，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(guò)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）。