高頻鏈逆變電源設計

高頻鏈逆變電源設計段軍1、1、蘇1、2、白小青2(1。陜西Xi市Xi交通大學710049(2)。摘要：先先簡要介紹了高頻鏈逆變技術的優點，然后針對1000VA高頻鏈逆變電源設計了主電路和控制方案，關鍵詞：高頻鏈；變頻器；逆變器；移相控制介紹1在傳統的逆變電源中，大多采用逆變-工頻干式變壓器-濾波器的結構，使得整個逆變電源體積大、重量重，難以滿足人們對高功率密度、高效率、高可靠性、體積小、重量輕的現代電源的要求。此外，工頻干式變壓器的制造消耗大量的鐵和銅，因此整個逆變電源的成本很高。為了克服傳統逆變器的缺點，ESPELAGE先生于1977年提出了高頻鏈技術的概念，由于高頻鏈技術可以大大減輕逆變器電源的重量和體積，因此成為內外的研究熱點。高頻鏈技術是指利用高頻開關技術實現高頻、小型化、無噪聲隔離耦合干式變壓器的技術。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(匝數)；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，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。本文設計了電氣化鐵路中廣泛使用的25Hz逆變電源高頻環節。隨著高頻鏈技術的發展，主電路的設計現在分為兩種，即高頻鏈DC/DC轉換型和高頻鏈周期轉換型。在高頻鏈DC/DC轉換類型中，在傳統逆變器電源的DC側和逆變器之間增加了初級DC/DC轉換器。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。電路結構如圖1(a)所示。DC/DC轉換型雖然容易實現，但存在電力只能單向流動，負載無法向電源反饋能量的問題；三級功率轉換不僅使系統效率低下，而且使系統變得復雜，從而降低了系統的可靠性等缺點。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，其電路結構如圖1(b)所示。與高頻鏈DC/DC型相比，逆變器只需進行兩級功率轉換，降低了變換器的導通損耗和系統的復雜性，提高了系統的效率和可靠性，實現了雙向功率流。介紹了高頻鏈變頻型主電路的設計。在具體實現中，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。考慮到輸出電壓和功率的設計要求，較終電路結構如圖2所示。圖中，Ui指輸入DC電壓，S1、S2、S3、S4構成全橋逆變器，T為高頻干式變壓器，K1、K2、K3、K4為兩個反向串聯MOSFET構成的雙向開關，共同構成全橋變頻器，L、C構成LC濾波器。3控制方法及其實現本文中的高頻鏈變頻型采用移相控制方案，這是近年來全橋轉換電路拓撲中廣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換電路的每個橋臂的兩個開關管互補導通，兩個橋臂的開關管導通之間存在相位差，即所謂的移相角。通過調節相移角，可以調節輸出電壓的脈沖寬度，達到調節的目的 #p#分頁標題#e#

系統的工作原理如圖3所示。輸入的220伏/50赫茲交流市電經整流濾波后約為300伏DC，然后由高頻逆變器轉換成相鄰25千赫茲脈沖間極性相反的正弦脈寬調制波。該波包含SPWM波的所有信息，但不包含25Hz調制波的頻率成分，適用于高頻干式變壓器傳輸。SPWM波經高頻干式變壓器隔離后，由變頻器同步整流，25Hz正半周時間內的負脈沖變為正脈沖，25Hz負半周時間內的正脈沖變為負脈沖后，將得到25Hz單極SPWM波(如圖3中UAb所示)。SPWM波經LC濾波后，輸出平滑的220V/25Hz正弦交流電壓。為了實現上述移相控制策略，本文采用了模擬電路PID調節和復雜可編程邏輯器件CPLD驅動信號時序邏輯控制的設計方法。該方法提高了整個控制器的集成度和可靠性，為控制電路的設計提供了一定的靈活性。整個控制環節分為兩個控制回路：內環和外環。內環為電壓瞬時值比例(P)調節，外環為電壓平均值比例積分(PI)調節。由于內環響應速度快，可以改善電壓瞬時波動引起的波形失真，外環可以硬化整體穩壓特性，從而達到良好的穩壓效果。如圖4所示，輸出電壓Uo經反饋干式變壓器變換得到反饋電壓，經過精密整流電路后從5V參考電壓中減去，所得偏差經PI調節，再乘以參考正弦半波，得到內環瞬時電壓偏差的正弦參考電壓；內環的瞬時電壓反饋信號在通過比例環節后從參考電壓中減去

[1][2]下一頁