一 引言
逆變器是二次電源系統(tǒng),它把直流電源變換成恒頻恒壓的交流電源。逆變器常采用的拓?fù)溆?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/半橋" title="半橋" target="_blank">半橋、全橋、反激或在此基礎(chǔ)上加一些輔助器件構(gòu)成軟開關(guān)或高頻磁鏈等結(jié)構(gòu);控制方法也常采用載波交截式(△SPWM)和滯環(huán)電流控制方式等兩種。在橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,為了避免同一橋臂的上、下開關(guān)管的直通,所以在同一橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間加入死區(qū)。由于死區(qū)的加入,一方面造成輸出電壓波形畸變;另一方面開關(guān)頻率不能太高,濾波電感和濾波電容都比較大,系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能較差。又由于電路工作在續(xù)流時(shí),是通過開關(guān)管的體二極管進(jìn)行;開關(guān)管體二極管性能比一般的高性能單獨(dú)二極管的性能差,特別是反向恢復(fù)時(shí)間較長,因此造成系統(tǒng)效率較低。于是人們又提出由兩個(gè)BUCK電路構(gòu)成雙BUCK半橋逆變電路,來解決此問題(拓?fù)淙鐖D(1)所示)。雙BUCK半橋逆變器控制方法也有△SPWM和無偏置電流半周期滯環(huán)電流控制方式等。由于BUCK 電路在負(fù)載較小時(shí)有可能工作在電流斷續(xù)模式,那么會(huì)造成輸出電壓波形畸變,所以在△SPWM控制方式中需加入額外偏置電流信號(hào)。這樣就造成濾波電感中始終有環(huán)流流過,系統(tǒng)效率較低。而采用無偏置電流半周期滯環(huán)電流控制方式能較理想地實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電感電流自然切換和半周運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)較高的開關(guān)頻率和需要較小的濾波電感,很好的解決這個(gè)問題。下面以無偏置電流半周期兩態(tài)滯環(huán)電流控制方式分析此電路。
圖(1)主電路
二 工作原理
1.兩態(tài)滯環(huán)電流控制方式原理是
電流基準(zhǔn)(電壓誤差調(diào)節(jié)信號(hào))和電感電流反饋信號(hào)相比得到電流誤差信號(hào)ie,電流誤差信號(hào)ie再經(jīng)滯環(huán)比較器得到PWM信號(hào)來驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率管,控制電感電流在設(shè)定的環(huán)寬內(nèi)(±h)變化。當(dāng)電流誤差信號(hào)ie大于正環(huán)寬(+h)時(shí),開關(guān)管關(guān)斷,電感電流減少;當(dāng)電流誤差信號(hào)ie小于負(fù)環(huán)寬(-h)時(shí),開關(guān)管開通,電感電流增加;當(dāng)電流誤差信號(hào)ie在正負(fù)環(huán)寬內(nèi),開關(guān)狀態(tài)維持前一狀態(tài)不變。就這樣一直調(diào)節(jié)下去,可以保證輸出跟隨輸入,并且誤差在正負(fù)環(huán)寬內(nèi)。由于電流環(huán)的引入,使系統(tǒng)響應(yīng)加快、動(dòng)態(tài)性能好、系統(tǒng)穩(wěn)定性加強(qiáng)。所以流環(huán)控制得到廣泛的應(yīng)用。
2.雙BUCK半橋逆變器無偏置電流半周期兩態(tài)滯環(huán)電流控制調(diào)制過程如下(控制框圖如圖(2))
當(dāng)逆變器輸出電流為正向
(電感L1中有電流)時(shí),S1、L1和D1調(diào)制工作,S2、D2不工作,L2中電流為零,使電感L1中的電流跟蹤電流給定信號(hào),工作區(qū)間如圖(3)中的A、B區(qū)間;A區(qū)間電流電壓不同相,為能量回饋給輸入電源,而B區(qū)間電流電壓同相,為能量從輸入電源傳遞給負(fù)載。當(dāng)逆變器輸出電流為負(fù)向
(電感L2中有電流)時(shí),S2、D2和L2調(diào)制工作,S1、D1不工作,L1中電流為零,使電感L2中的電流跟蹤電流給定信號(hào),工作區(qū)間如圖(3)中C、D區(qū)間;C區(qū)間電流電壓不同相,為能量回饋給輸入電源,D區(qū)間電流電壓同相,為能量從輸入電源傳遞給負(fù)載。電流表達(dá)方為:
(1)
圖(2)控制框圖
圖(3)電壓和電感電流波形
3.下面簡要說明雙BUCK半橋逆變器工作原理
假設(shè)電感L1=L2=L;C1=C2且很大,可把它們看成兩個(gè)恒壓源且電壓大小相等;開關(guān)管S1,S2和二極管D1,D2均視為理想器件。工作過程如下(參照?qǐng)D(1)):
?、?當(dāng) 時(shí)
a. 模態(tài)1 S1導(dǎo)通,S2關(guān)斷
在輸入電壓和輸出電壓作用下,電感L1中電流增加,變化率為:
(2)
(其中) 此模態(tài)中,電感電流以
的斜率上升?! ?br />
b. 模態(tài)2 S1關(guān)斷,S2關(guān)斷
在輸入電壓和輸出電壓及D1導(dǎo)通作用下,電感L1中電流減少,變化率為:
(3)
此模態(tài)中,電感電流以 的斜率下降
?、?當(dāng) 時(shí):c. 模態(tài)3 S2導(dǎo)通,S1關(guān)斷
在輸入電壓和輸出電壓作用下,電感L2中電流減少,變化率為:
(4)
此模態(tài)中,電感電流以的斜率下降
d. 模態(tài)4 S2關(guān)斷,S1關(guān)斷
在輸入電壓和輸出電壓及D2導(dǎo)通作用下,電感L2中電流增加,變化率為:
(5)
4.開關(guān)頻率的計(jì)算
下面以開關(guān)管S1為研究對(duì)象進(jìn)行分析:
設(shè)
,在S1導(dǎo)通時(shí)(導(dǎo)通時(shí)間為T1)電感L1中電流在輸入電壓和輸出電壓Uo的作用下增加。在T1時(shí)間內(nèi)電感電流增加,增加為△I=2h,側(cè)
(6) 在S1關(guān)斷時(shí)(關(guān)斷時(shí)間為T2),電感L1中電流的電流不能突變,通過負(fù)載,電容C2和二極管D2形成回路,這時(shí)輸出電壓和輸入電壓共同阻止電感中電流。在T2時(shí)間內(nèi)電感電流減少,變化為△I=-2h,側(cè) (7)對(duì)于開關(guān)管S1來說,其開關(guān)周期
,則頻率為 。那么由式(6)和(7)可得開關(guān)頻率表達(dá)式: