SPWM逆变电源抗直流偏磁的研究
摘要：本文分析了导致逆变电源输出变压器直流偏磁的原因。在此基础上提出了一种相应抗直流偏磁的对策—数字PI电压积分调节法。通过仿真实验证明了该种方法的可行性和有效性。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/176307.htmAbstract： By analyzing the causes of the flux imbalance in the output transformer of the inverter. A corresponding approach of avoiding flux imbalance-digital PI voltage integral is introduced in this paper. The practicability of the approach is proved to be effective by simulation.
Keyword：SPWM; Inverter; Flux imbalance
1.引言
SPWM全桥逆变器中，为了实现输入输出之间的电气隔离以及得到合适的电压幅值，一般在输出端接有基频交流变压器。逆变桥输出电压为SPWM脉冲波，变压器承受从基频到高频的电压分量，理论上不存在直流分量。但是，在实际运行过中，各种因素使得变压器的输入电压中的直流分量难以避免，直流分量的存在致使铁心饱和，从而加大了变压器的损耗，降低了效率，甚至会引起逆变器颠覆，对系统的运行有着极大的危害，必须采取措施加以解决。
2.偏磁产生的主要原因
图1 单相全桥逆变电源系统
变压器铁心中的磁场强度H与原副边电流、变压器铁心长度L之间的关系为
( 1 )
从(1)式中可以看出，当
中含有直流分量时，H中才会产生直流分量，由铁心的磁化曲线可以知道H中含有直流分量时，磁感应强度B中也必然含有直流分量。有因为
可分为激磁电流
[和变压器副边负载电流折算到原边的电流
两部分，并且
和
在铁心内产生的磁感应强度总是大小相等，方向相反相互抵消的，所以 中的直流分量仅取决于激磁电流
中的直流分量
。设变压器原边电压中的直流分量为
，变压器原边直流电阻为
，则
(2)
从式(2)中可以看出，在SPWM全桥逆变器中，若变压器原边电压正负半周波形对称，正负半波伏秒积分相等
为0;反之，若变压器原边电压正负半周的波形不对称，正负半波伏秒积分不相等，产生直流分量
。
造成原边电压正负波形不对称的主要原因：
(1) 逆变器中两桥臂各功率管的导通时饱和压降不同，关断时的存储时间不一致，使得加在变压器原边的电压正负波形幅值不等;
(2) 控制电路输出的驱动脉冲正负半周不对称;
(3) 控制系统采用了波形矫正技术，在动态调节过程中调制波容易出现正负半周面积不等的情况，从而产生“动态”不平衡。
3.解决偏磁问题的方法
由上述分析可知，在SPWM全桥逆变器中必然存在着直流偏磁。直流偏磁的存在会导致铁心饱和，加大了变压器的损耗，降低了效率，增大了噪声，严重时会引起逆变器颠覆，损坏功率开关管，严重影响逆变器的正常运行，因此必须采取措施加以解决。
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