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采用BoostPWMDC/DC变换器的正弦波逆变器

作者:时间:2011-03-19来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/179407.htm

4.5 电压跟踪控制法

Boost电压跟踪的原理电路如图9所示。控制电路利用滞环比较的方式,使Boost的输出电压,快速不停地跟踪一个基准正弦波电压,即利用的左臂跟踪正半周电压,右臂跟踪负半周电压,两臂轮流跟踪就能够得到一个完整的正弦波电压。

图9 Boost逆变器电压跟踪控制的原理电路框图

基准正弦波电压,是由控制电路中的基准正弦波发生器产生的,为了控制左右臂轮流跟踪,还需要一个与基准正弦波电压同相位的方波电压,用此方波电压的正负半周来切换左右两臂的跟踪。

逆变器各臂的功率输出,首先是利用Boost高速开关把直流电能变换成电感能,然后再把电感能转移到滤波储能电容C1(或C2)和负载上。

电感能向电容C1(或C2)和负载的转移如式(9)

(9)

式中:iL为流过L1(或L2)的电流;

UCC1(或C2)上的电压;

P为负载消耗的功率瞬时值;

Δt为转移周期。

在时间Δt如果引起电感电流的变化为ΔiL,电容电压UC的变化为ΔU,则式(9)可以改写成

LΔiL2=CΔU2PΔt

(10)

能量转移与跟踪过程如图10所示。图中t1t2为电感储能时间,t2t3为已跟踪到基准正弦波电压的时间,t3t4为电感惯性移能到iL=0的时间,t4t5为能量消耗与回收时间;t5t6为电感重新储能时间。t4t5期间电压下降速度决定t5t6期间电感储存的能量。假设因某种原因使输出电压在t6t7期间未跟踪上基准正弦波电压,则t7t8期间紧接电感储能,力图在t8t9期间跟踪上基准正弦波电压。在正弦波的上升沿,因滤波储能电容需要充电,故移能频率高,在正弦波下降沿因电容需要放电,故移能频率低。跟踪精度与图10中滞环宽度ΔU有关,ΔU小跟踪精度高,跟踪频率亦高,效率减小;ΔU大跟踪精度低,跟踪频率亦低,但效率高。

图10 能量转移与跟踪过程示意图

5 应用实例

一台已被实际应用的,电压跟踪控制法的Boost逆变器电路如图11所示。容量为300VA,输入直流电压US=24V,输出交流电压UL=220V,频率为50Hz。开关器件S1~S4采用的是10A/400V功率MOSFET。

图11 采用电压跟踪控制的Boost逆变器电路

在控制电路中,其准正弦波是由时基电路IC2产生的。IC2的脚2脚6产生含有UC/2直流分量的50Hz三角波,此波经390kΩ电阻与0.01μF电容的RC低通滤波后,得到含有6V直流分量的50Hz正弦波6+2sinωt,此波作为左右臂跟踪用的基准正弦波。控制左右臂输流工作的方波,采用IC2的脚2脚6三角波与UC电源电压中点,在IC4进行比较产生。用此方波控制IC1,IC3的脚4来切换左右两臂轮流工作。以右臂为例,S2控制电感能向电容和负载转换,而S2又受IC3时基电路的控制,只有当脚4输出U4>1V的高电平时才使S2具有开关功能。S2的开通受脚3的输出控制。这样,当同相位方波为低电平时,IC3不能置零复位,才允许S2工作,如果此时脚3输出高电位,则S2开通,脚3输出低电位,S2关断。

由式(10)可知,ΔU与负载的大小有关,p↑,ΔU↓;p↓,ΔU↑。为了保证ΔU跟踪基准正弦波电压的精度,需要根据负载大小随时调节iL,使ΔU与负载无关。调节的最好办法是用临界饱和控制电路。对于功率MOSFET来说,在临界饱和状态栅压与iL成正比,故可以利用开关管的栅压来间接地控制iL。在图11中用2个三级管组成的间接测量保持电路,只要开关管的端电压大于饱和电压,此电路就使栅压升高,反之使栅压降低。IC3是具有延滞特性的两态开关电路,当IC3的脚2脚6电压在U5/2~U5(U5为IC3的脚5电压)变化时,脚3是施密特跃变,即栅压U2,6>U5时,S2截止,当U2,6U5/2时,S2导通。故在跃变过程中U5/2~U5的大小就反映了所控制的iL,而U5又受控于负载的大小,这是因为在L2重新储能的时候,输出由储能电容C2独立供电给负载。检测支路中的光耦发光二极管G6通过的电流iJ的大小,就反映了负载的大小,而其感光管G′6使U5随负载的大小而变,以决定电感储能应达到的iL值。

使电感能向电容C2和负载转移的时间大约为10μs,在转移期间如果不到10μs就使输出电压大于基准正弦波电压,则G3发光使S4预开,同时通过脚4控制使IC3重复,U5仍保持低电平以防止10μs之后U5跃为高电平,惯性使ΔU继续增长,直到iL=0之后。C2和负载上过剩的能量通过S4L2US(蓄电池)充电回收能量,输出电压图10能量转移与跟踪过程示意图下降直到低于基准正弦波电压,S2关断,D3续流,电池吸收L2的全部反向储能。如此经过10ms使右臂输出一个正弦半波,而后再切换到左臂开始另半个周期正弦波的跟踪。

逆变器的性能增标如下:

重量≤80g,体积和复读机一样大;

功率300VA;

效率>90%;

输出电压正弦波失真度3%;

空载电流20mA;

具有过载及短路保护;

输出电压220V,可调。

6 结语

Boost逆变器是一种可以升压的新型逆变器,传统逆变器的控制方式几乎都可以在这种逆变器中应用,但以SPWM控制方式、滑模控制方式和电压跟踪控制方式应用较多。这种逆变器可以用于UPS电源和交流异步电机的驱动,以减小体积重量,提高电源性能。

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