高频链逆变电源设计

高频链逆变电源设计段军1、1、苏1、2、白小青2(1。陕西Xi市Xi交通大学710049(2)。摘要：先先简要介绍了高频链逆变技术的优点，然后针对1000VA高频链逆变电源设计了主电路和控制方案，关键词：高频链；变频器；逆变器；移相控制介绍1在传统的逆变电源中，大多采用逆变-工频干式变压器-滤波器的结构，使得整个逆变电源体积大、重量重，难以满足人们对高功率密度、高效率、高可靠性、体积小、重量轻的现代电源的要求。此外，工频干式变压器的制造消耗大量的铁和铜，因此整个逆变电源的成本很高。为了克服传统逆变器的缺点，ESPELAGE先生于1977年提出了高频链技术的概念，由于高频链技术可以大大减轻逆变器电源的重量和体积，因此成为内外的研究热点。高频链技术是指利用高频开关技术实现高频、小型化、无噪声隔离耦合干式变压器的技术。U=4.44fNBS公式：u为正弦电压有效值(v)；f为正弦电压频率(Hz)；n为绕组匝数(匝数)；b为铁芯磁通密度(t)；s为铁芯截面积(m2)。因此，在选择电压和铁心材料时，f与NS成反比，即f越大，NS越小，这样可以减小干式变压器的体积和重量。本文设计了电气化铁路中广泛使用的25Hz逆变电源高频环节。随着高频链技术的发展，主电路的设计现在分为两种，即高频链DC/DC转换型和高频链周期转换型。在高频链DC/DC转换类型中，在传统逆变器电源的DC侧和逆变器之间增加了初级DC/DC转换器。由于DC/DC变换器采用高频变换，电路中使用高频干式变压器，可以省去体积庞大的工频干式变压器。电路结构如图1(a)所示。DC/DC转换型虽然容易实现，但存在电力只能单向流动，负载无法向电源反馈能量的问题；三级功率转换不仅使系统效率低下，而且使系统变得复杂，从而降低了系统的可靠性等缺点。高频链变频器主要由高频电压源逆变器、高频干式变压器和变频器组成，其电路结构如图1(b)所示。与高频链DC/DC型相比，逆变器只需进行两级功率转换，降低了变换器的导通损耗和系统的复杂性，提高了系统的效率和可靠性，实现了双向功率流。介绍了高频链变频型主电路的设计。在具体实现中，高频逆变器可以是推挽、半桥和全桥，变频器可以是全波和全桥。考虑到输出电压和功率的设计要求，较终电路结构如图2所示。图中，Ui指输入DC电压，S1、S2、S3、S4构成全桥逆变器，T为高频干式变压器，K1、K2、K3、K4为两个反向串联MOSFET构成的双向开关，共同构成全桥变频器，L、C构成LC滤波器。3控制方法及其实现本文中的高频链变频型采用移相控制方案，这是近年来全桥转换电路拓扑中广泛采用的一种控制方式。移相控制的基本工作原理是全桥转换电路的每个桥臂的两个开关管互补导通，两个桥臂的开关管导通之间存在相位差，即所谓的移相角。通过调节相移角，可以调节输出电压的脉冲宽度，达到调节的目的 #p#分页标题#e#

系统的工作原理如图3所示。输入的220伏/50赫兹交流市电经整流滤波后约为300伏DC，然后由高频逆变器转换成相邻25千赫兹脉冲间极性相反的正弦脉宽调制波。该波包含SPWM波的所有信息，但不包含25Hz调制波的频率成分，适用于高频干式变压器传输。SPWM波经高频干式变压器隔离后，由变频器同步整流，25Hz正半周时间内的负脉冲变为正脉冲，25Hz负半周时间内的正脉冲变为负脉冲后，将得到25Hz单极SPWM波(如图3中UAb所示)。SPWM波经LC滤波后，输出平滑的220V/25Hz正弦交流电压。为了实现上述移相控制策略，本文采用了模拟电路PID调节和复杂可编程逻辑器件CPLD驱动信号时序逻辑控制的设计方法。该方法提高了整个控制器的集成度和可靠性，为控制电路的设计提供了一定的灵活性。整个控制环节分为两个控制回路：内环和外环。内环为电压瞬时值比例(P)调节，外环为电压平均值比例积分(PI)调节。由于内环响应速度快，可以改善电压瞬时波动引起的波形失真，外环可以硬化整体稳压特性，从而达到良好的稳压效果。如图4所示，输出电压Uo经反馈干式变压器变换得到反馈电压，经过精密整流电路后从5V参考电压中减去，所得偏差经PI调节，再乘以参考正弦半波，得到内环瞬时电压偏差的正弦参考电压；内环的瞬时电压反馈信号在通过比例环节后从参考电压中减去

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