高频链技术简介

双向电压源高频链逆变器具有双向功率流,减少了功率变换级数的优点,但却存在一个固有的缺点,即采用传统PWM技术的输出周波变换器换流时阻断了高频变压器漏感中连续的能量,于是导致高频变压器和输出周波变换器之间出现电压过冲。因此,这类逆变器通常需要采用缓冲电路或有源电压箝位电路来吸收存储在漏感中的能量,从而增加了功率器件数和控制电路的复杂

性。同时还要保证高频变压器在低频交流信号的正负半周单极性往复工作中避免变压器磁芯饱和,确保低频交流信号被线性传递。

针对电压过冲问题,专家和学者们不断寻求更好的方法,提出了一些新的控制策略和技术,如换流重叠的单极性、双极性移相控制技术,它通过控制高频逆变器和周波变换器的相移来调节输出电压和功率流向,实现周波变换器功率管的自然换流,消除了电压尖峰;还有将串联谐振技术和双向电压源高频链逆变器相结合的技术。

针对磁芯饱和问题,提出了一些新的电路拓扑,现简单介绍两个改进的电路,如图5所示。图5(a)中变压器原边的两个正激变换器将高频单极性SPWM脉冲序列分成两组驱动脉冲,这两个正激变换器是由这两组SPWM驱动脉冲分别控制的,因此最大的工作占空比可以大于0.5,不存在磁芯饱和的问题,且具有较低的电压应力。而副边两个主开关管是由与输出频率相同的低频方波控

制的,因此控制简单,且易于实现软开关,能够降低开关损耗和减少噪声。同时副边还增加了两个能量反馈电路,因此给感性电流提供了通路,避免了电压过冲的发牛。图5(b)实质为共用一个变压器铁芯和副边的两个单端反激变换器,由它完成对低频电功率的变压、隔离、传递的任务,但由于当开关管接收控制信号脉冲列导通,在低频调制信号的正半周和负半周内,施加在变压器绕组上的是同一方向的电压,变乐器磁芯中的磁通可能将级进地逐渐增加,导致磁芯饱和,造成磁偏或单向磁化,导致低频电信号放大失真或由于很大的磁化电流而无法正常工作,因此提出了逐个脉冲磁复位技术,就是在每个高频脉冲之后及时采取措施.使每个高频脉冲引起的磁通增加都回复到零,从而避免磁芯饱和。

3 电流源高频链逆变器

基于Buck(Forward)变换器的单向、双向电压源高频链逆变器,虽然具有单向或双向功率流、变换效率高、输出容量大、输出电压纹波小等优点,但是,电压源高频链逆变器在负载过载甚至短路时,其功率开关电流的上升率将比正常工作时大得多,缩短了保护电路的动作时间。而基于Buck—Boost(Flvback)变换器的电流源高频链逆变器,其高频变压器不仅能实现电隔离和电压调整功能,而且能存储能量,因此,其储能式变压器的电感能够起到限流作用,在负载过载甚至短路时,其功率开关电流的上升率与正常工作时相同,为功率开关的保护电路赢得了足够的动作时间,其可靠性将比电压源高频链逆变器高。

电流源高频链逆变器拓扑族如图6所示。单管单向式电路由于只能单向传递功率、负载适应能力差,只适用与对输出电压波形要求不高的小功率阻性负载场合。单管双向式、推挽式电路能双向传递功率、负载适应能力强;推挽式又比单管双向式有更少的功率开关数和更小的一次侧功率开关电流应力,适用于低压输入的小功率逆变场合。半桥和全桥式电路也能双向传递功率、负载适应能力强,适用于高压输入的小功率逆变场合,但半桥式存在两个桥臂电容电压严重的不平衡现象。

双向电流源高频链逆变器解决了双向电压源高频链逆变器固有的电压过冲问题,而且与电压源高频链逆变器相比,具有更简洁的电路拓扑、更高的可靠性、控制方案简单、效率高以及动态响应良好等优点,因而在小功率场合具有良好的应用前景,但其输入电流、输出电压纹波大,仅适用于小功率场合,中大功率的逆变场合应优先选用电压源高频链逆变器。