高頻鏈逆變電源設(shè)計(jì)段軍1、1、蘇1、2、白小青2(1。陜西Xi市Xi交通大學(xué)710049(2)。摘要：先先簡(jiǎn)要介紹了高頻鏈逆變技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，然后針對(duì)1000VA高頻鏈逆變電源設(shè)計(jì)了主電路和控制方案，關(guān)鍵詞：高頻鏈；變頻器；逆變器；移相控制介紹1在傳統(tǒng)的逆變電源中，大多采用逆變-工頻干式變壓器-濾波器的結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)逆變電源體積大、重量重，難以滿足人們對(duì)高功率密度、高效率、高可靠性、體積小、重量輕的現(xiàn)代電源的要求。此外，工頻干式變壓器的制造消耗大量的鐵和銅，因此整個(gè)逆變電源的成本很高。為了克服傳統(tǒng)逆變器的缺點(diǎn)，ESPELAGE先生于1977年提出了高頻鏈技術(shù)的概念，由于高頻鏈技術(shù)可以大大減輕逆變器電源的重量和體積，因此成為內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。高頻鏈技術(shù)是指利用高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高頻、小型化、無(wú)噪聲隔離耦合干式變壓器的技術(shù)。U=4.44fNBS公式：u為正弦電壓有效值(v)；f為正弦電壓頻率(Hz)；n為繞組匝數(shù)(匝數(shù))；b為鐵芯磁通密度(t)；s為鐵芯截面積(m2)。因此，在選擇電壓和鐵心材料時(shí)，f與NS成反比，即f越大，NS越小，這樣可以減小干式變壓器的體積和重量。本文設(shè)計(jì)了電氣化鐵路中廣泛使用的25Hz逆變電源高頻環(huán)節(jié)。隨著高頻鏈技術(shù)的發(fā)展，主電路的設(shè)計(jì)現(xiàn)在分為兩種，即高頻鏈DC/DC轉(zhuǎn)換型和高頻鏈周期轉(zhuǎn)換型。在高頻鏈DC/DC轉(zhuǎn)換類型中，在傳統(tǒng)逆變器電源的DC側(cè)和逆變器之間增加了初級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器。由于DC/DC變換器采用高頻變換，電路中使用高頻干式變壓器，可以省去體積龐大的工頻干式變壓器。電路結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。DC/DC轉(zhuǎn)換型雖然容易實(shí)現(xiàn)，但存在電力只能單向流動(dòng)，負(fù)載無(wú)法向電源反饋能量的問(wèn)題；三級(jí)功率轉(zhuǎn)換不僅使系統(tǒng)效率低下，而且使系統(tǒng)變得復(fù)雜，從而降低了系統(tǒng)的可靠性等缺點(diǎn)。高頻鏈變頻器主要由高頻電壓源逆變器、高頻干式變壓器和變頻器組成，其電路結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示。與高頻鏈DC/DC型相比，逆變器只需進(jìn)行兩級(jí)功率轉(zhuǎn)換，降低了變換器的導(dǎo)通損耗和系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的效率和可靠性，實(shí)現(xiàn)了雙向功率流。介紹了高頻鏈變頻型主電路的設(shè)計(jì)。在具體實(shí)現(xiàn)中，高頻逆變器可以是推挽、半橋和全橋，變頻器可以是全波和全橋?？紤]到輸出電壓和功率的設(shè)計(jì)要求，較終電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，Ui指輸入DC電壓，S1、S2、S3、S4構(gòu)成全橋逆變器，T為高頻干式變壓器，K1、K2、K3、K4為兩個(gè)反向串聯(lián)MOSFET構(gòu)成的雙向開(kāi)關(guān)，共同構(gòu)成全橋變頻器，L、C構(gòu)成LC濾波器。3控制方法及其實(shí)現(xiàn)本文中的高頻鏈變頻型采用移相控制方案，這是近年來(lái)全橋轉(zhuǎn)換電路拓?fù)渲袕V泛采用的一種控制方式。移相控制的基本工作原理是全橋轉(zhuǎn)換電路的每個(gè)橋臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通之間存在相位差，即所謂的移相角。通過(guò)調(diào)節(jié)相移角，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的脈沖寬度，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

系統(tǒng)的工作原理如圖3所示。輸入的220伏/50赫茲交流市電經(jīng)整流濾波后約為300伏DC，然后由高頻逆變器轉(zhuǎn)換成相鄰25千赫茲脈沖間極性相反的正弦脈寬調(diào)制波。該波包含SPWM波的所有信息，但不包含25Hz調(diào)制波的頻率成分，適用于高頻干式變壓器傳輸。SPWM波經(jīng)高頻干式變壓器隔離后，由變頻器同步整流，25Hz正半周時(shí)間內(nèi)的負(fù)脈沖變?yōu)檎}沖，25Hz負(fù)半周時(shí)間內(nèi)的正脈沖變?yōu)樨?fù)脈沖后，將得到25Hz單極SPWM波(如圖3中UAb所示)。SPWM波經(jīng)LC濾波后，輸出平滑的220V/25Hz正弦交流電壓。為了實(shí)現(xiàn)上述移相控制策略，本文采用了模擬電路PID調(diào)節(jié)和復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)序邏輯控制的設(shè)計(jì)方法。該方法提高了整個(gè)控制器的集成度和可靠性，為控制電路的設(shè)計(jì)提供了一定的靈活性。整個(gè)控制環(huán)節(jié)分為兩個(gè)控制回路：內(nèi)環(huán)和外環(huán)。內(nèi)環(huán)為電壓瞬時(shí)值比例(P)調(diào)節(jié)，外環(huán)為電壓平均值比例積分(PI)調(diào)節(jié)。由于內(nèi)環(huán)響應(yīng)速度快，可以改善電壓瞬時(shí)波動(dòng)引起的波形失真，外環(huán)可以硬化整體穩(wěn)壓特性，從而達(dá)到良好的穩(wěn)壓效果。如圖4所示，輸出電壓Uo經(jīng)反饋干式變壓器變換得到反饋電壓，經(jīng)過(guò)精密整流電路后從5V參考電壓中減去，所得偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)，再乘以參考正弦半波，得到內(nèi)環(huán)瞬時(shí)電壓偏差的正弦參考電壓；內(nèi)環(huán)的瞬時(shí)電壓反饋信號(hào)在通過(guò)比例環(huán)節(jié)后從參考電壓中減去

[1][2]下一頁(yè)