高频直流脉冲环节静止变流器研究

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高频直流脉冲环节静止变流器研究 [复制链接]

　静止变流器是应用功率半导体器件，将主电源直流电变换成恒压恒频交流电的电气装置。对于交流用电负载与主直流电源共地的场合，静止变流器输出与输入之间必须有变压器电气隔离。本文提出了新颖的高频直流脉冲环节静止变流器电路结构，如图1所示。这种电路结构，由具有高频电气隔离、吸收交流侧回馈无功能量和输出高频脉冲波等多功能一体化软开关PWMDC/DC变换器MISSC与DC/AC逆变器级联而成，具有电路结构简洁、体积重量小、效率高、成本低等优点。MISSC变换器不但实现了DC/DC变换器的软开关，而且还为DC/AC逆变器实现软开关创造了条件。

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2电路拓扑 　　图1所示静止变流器电路结构的创新之处在于，提出了多功能一体化PWMDC/DC变换器新概念。多功能一体化PWMDC/DC变换器族主要有三个功能：①输入输出电气隔离；②吸收DC/AC逆变器交流侧回馈的无功能量；③输出符合DC/AC逆变器要求的高频脉冲电压波udo，为逆变桥功率开关在udo过零时切换实现ZVS开关创造了条件。 图1新颖的高频直流脉冲环节静止变流器电路结构 基于这一思想，在传统的电气隔离DC/DC变换器族中去除输出LC滤波器，输出端再加上逆变器交流侧回馈无功能量吸收电路（由有源开关Sr和储能电容Cr串联构成），便可获得多功能一体化PWMDC/DC变换器。 考虑到输入电压Ui为低压（27V或48V）且变化范围宽，选定并联交错有源箝位正激式MISSC变换器作为前置级，其输出高频脉冲电压波的占空比2D>0.5，输入输出波形频率为开关频率的二倍，同时又具备正激Forward变换器的优点。图2示出了这一新颖的电路拓扑。 （a）原理图(b)波形图图3电流瞬时值反馈DC/AC逆变器控制原理 图4三态DPM电流滞环跟踪控制原理 图2高频直流脉冲环节静止变流器电路拓扑 图2所示电路，Sc与Cc串联接在高频变压器原边绕组两端，构成正激变换器的有源箝位支路，为变压器在功率开关S关断后提供磁复位路径，实现了功率开关的电压箝位和变压器的双向磁化，功率开关S、箝位开关Sc实现了ZVS开关。当MISSC变换器输出相同的高频脉冲电压波平均值 　　Udo.arg=N22DUi/N1(1) 时，占空比D增大，高频脉冲电压波幅值Ui·N2/N1便降低，从而降低了逆变桥四个功率开关S1、S2、S3、S4的电压应力。这正是选用并联交错正激式多功能一体化PWMDC/DC变换器（占空比2D=0.5～0.9）作为前置级的根本原因。

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3控制原理 3.1MISSC变换器控制原理 　　新颖的静止变流器电路拓扑，由并联交错有源箝位正激式MISSC变换器和DC/AC逆变器级联而成，各自构成闭环回路。这种电路拓扑继承了谐振直流环节逆变器RDCLI的思想。前级电路拓朴较复杂，且不存在输出滤波器，不是完整的软开关PWMDC/DC变换器，为后级提供平均值恒定的高频脉冲电压波，只能采用电压型PWM控制技术（因为其提供的输出电流大小是按照DC/AC逆变器所需的正弦规律分布的）；后级电路拓朴简洁，逆变桥功率器件可实现完全的ZVS开关。 3.2DC/AC逆变器控制原理 　　DC/AC逆变器采用电流瞬时值反馈技术的脉宽调制方案，如图3所示。快速电流检测元件将检测到的滤波电感电流信号if送到滞环比较器同相输入端，给定信号ig加在其反相输入端。滞环比较器输出通过逻辑延时、分相和驱动电路来驱动控制逆变桥功率开关。 　　为了减小滤波电感电流iLf脉动量，改善输出电压波形，应该采用单极性调制而不用双极性调制。本文研究的静止变流器，DC/AC逆变桥采用三态离散脉冲调制DPM电流滞环跟踪控制（Threestatesdiscretepulsemodulationhysteresiscurrentcontrol）的单极性调制瞬时值反馈技术，其控制原理如图4所示。 (a)原理图 (b)波形图 图3 图4 　　在逆变桥输入电压udo=0时，检测滤波电感电流iLf做为反馈电流if与给定电流ig相比较，根据二个电流瞬时值之差来决定，单相逆变桥四个功率开关在下一个高频脉冲电压波udo的导通情况，其控制规律为引入零状态续流模式后，不但可以使电流跟踪偏差减小，而且使逆变桥输出电压uAB波形中的＋1、－1、状态间的跳变大为减小，甚至消除，从而使输出脉动减小。这也是单极性调制比双极性调制优越的主要原因。合理设计输出滤波器参数和滞环宽度，可以实现逆变桥的单极性工作。如果在电流外环设置电压闭环，则可获得良好的输出电压、电流控制特性。