一种新颖的高频链逆变器

图4 SPWM控制方案控制信号图

4逆变器工作分析

采用SPWM控制方案明显优于级联式控制方法，其逆变桥将工作于低频开关状态。逆变桥稳态工作时，在一个输出电压周期内共有uAB>0 iLf>0 ugsc=1；uAB>0 iLf>0 ugsc=0；uAB>0 iLf<0 ugsc=1；uAB>0 iLf<0 ugsc=0；uAB<0 iLf<0 ugsc=0；uAB<0 iLf共模电感器<0 ugsc=1；uAB<0 iLf>0 ugsc=1；uAB<0 iLf>0 ugsc=0；八种高频开关工作情形。其uAB>0输出正向电压时的四种工作模态如图5所示。uAB<0时输出负向电压时情况类似。

uAB>0 iLf>0 ugsc=1时，S4，S7开通，S5，S6截止，uAB=uhf，直流母线电压为高，电流流过S5，滤波电感、负载、S7回到直流母线。此时，四个功率开关器件都不需要改变状态，都工作于低频状态。

uAB>0 iLf>0 ugsc=0时，S4，S7开通，S5截止，S6体二极管导通续流，直流母线电压为零，电流一路流过S4、滤波电感、负载、S5续流，一路流过S5，滤波电感、负载、S7回到直流母线。此时，功率开关器件开关状态不变，都工作与低频状态。

uAB>0 iLf<0 ugsc=0；，S4，S6截止，S5，S7 开通，直流母线电压为高，电流流过滤波电感，S5，S7，负载续流。功率开关管S4为软关断、S5为硬开通，工作与高频状态，S6，S7工作于低频状态。

uAB>0 iLf<0 ugsc=1，S4，S7开通，S5，S7关断，直流母线电压为高，电流流过滤波电感，S4、S7、负载回馈能量给直流母线。功率开关管S4由于死区的存在为软开通，S5为硬关断，S6，S7工作于低频状态。

上述分析表明：当uAB>0 iLf>0无能量回馈时候，逆变桥所有开关管工作于低频开关状态。当uAB>0 iLf<0有能量回馈时候，功率开关管S4、S5工作于高频开关状态，S4为软开关，而S5为硬开关。

同样分析可得，当uAB<0输出电压为负压的时候，功率开关管S6、S7依然工作于低频状态，在无能量回馈时候，功率开关S4，S5也工作于低频状态，有能量回馈时候，S4为硬开关，S5为软开关。

综上分析，逆变桥在无能量回馈时候，功率开关管都工作于低频状态，故开关损功率电感器耗可忽略不计，仅在有能量回馈时候，逆变桥有一个开关管工作于高频硬开关状态，故整个逆变桥开关损耗很小。

图5 uAB>0时逆变桥绕行电感器的工作模态图

5主要参数设计

5.1箝位电容Cc

6实验验证

为了验证SPWM控制方式下推挽正激式高频脉冲直流环节逆变器的工作原理进行以下条件的实验：输入电压Ui=铁芯电感18～绕行电感器32VDC，输出电压115V+2V，输出电压频率400+0.4Hz，箝位电容CC=50μF，吸收电容Cr=150μF,输出滤波电感Lf=0.7mH，输出滤波电容Cf=10μF，开关频率Fs=48kHz，阻性负载500W。各处实验波形如下：

（a）逆变桥功率器件驱动与漏源电压

纵轴：CH2（驱动电压）10V/div

CH1（漏源电压）100V/div

横轴：时间 500us/div

（b）输出电压波形uo

纵轴：uo 50V/div 横轴：时间 500us/div

从实验结果可以看出：在阻性负载情况下，逆变桥功率管工作于低频状态，开关损耗低，输出电压质量高。

7结论

研究结果表明，本文提出的SPWM控制下的推挽正激式高频环节逆变器具有以下优点：①抗负载扰动能力强，动态响应快。②逆变桥基本上工作于低频开关状态，开关损耗小。③前级推挽正激直流变换器输入电流脉动小，功率管承受一半输入电流。因此，该逆变器是中大功率低压输入逆变器的理想拓扑，可用于航空静止变流器、太阳能发电，燃料电池发电等场合。

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