高频链逆变电源的设计

1、高频链逆变电源的设计    摘要：首先简要地介绍了逆变电源采用高频链逆变技术的优势，然后具体针对1000VA高频链逆变电源进行了主电路和控制方案的设计，并对设计中可能出现的问题进行了考虑，最后给出了相应的仿真波形和实验波形，证明了该逆变电源具有良好的性能。关键词：高频链；周波变换器；逆变器；移相控制DesignofHighFrequencyLinkInverterPowerSupplyDuanJun,DuanCheng-gang,SuYan-min,ZhangJian-rong,BaiXiao-qingAbstract:Firstly,theadvant

2、ageo摘要：首先简要地介绍了逆变电源采用高频链逆变技术的优势，然后具体针对1000VA高频链逆变电源进行了主电路和控制方案的设计，并对设计中可能出现的问题进行了考虑，最后给出了相应的仿真波形和实验波形，证明了该逆变电源具有良好的性能。关键词：高频链；周波变换器；逆变器；移相控制 Design ofHighFrequency Link Inverter Power SupplyDuan Jun, Duan Cheng-gang, Su Yan-min, Zhang Jian-rong, Bai Xiao-qingAbstract:Firstly, the advantage of t

3、he high frequency link (HFL) technology is briefly introduced. Secondly, main circuit and control scheme of the 1 000 VA HFL inverter power supply is designed. Consequently, the problem in the design is considered. Finally, the waveform of the simulation and experiments are given to prove the invert

4、er power supply has good performance. Keywords:High frequency link; Cycloconverter; Inverter; Phase-shifted control 中图分类号：TN86    文献标识码：A    文章编号：02192713(2002)040164041  引言    在传统的逆变电源中，由于大部分采用的都是逆变器工频变压器滤波器的结构，使得整个逆变电源又大又笨重，难以满足人们对现代电源高功率

5、密度、高效率、高可靠性、小型轻量化的要求，而且由于制造工频变压器需消耗大量的铁和铜，所以使整个逆变电源的造价很高。为了克服传统逆变器的缺点，Mr.ESPELAGE于1977年提出了高频链技术的概念，并由于高频链技术能够大大减小逆变电源的重量和体积，所以成为国内外争相研究的热点。    高频链技术是指利用高频开关技术使隔离耦合变压器实现高频化、小型化、无噪声化的技术。由于       U=4.44fNBS式中：U为正弦电压有效值（V）；    f为正弦电压频

6、率（Hz）；    N为绕组匝数（匝）；    B为铁心磁通密度（T）；   S为铁心的横截面积（m2）。所以，当电压和铁心材料选定时，f与NS成反比，即f越大，NS越小，这样就可以达到减小变压器的体积和重量的目的。    本文针对电气化铁路中广泛应用的25Hz逆变电源进行了高频链设计。2  主电路的设计    随着高频链技术的不断成熟，现在从结构上主要分为二类，即高频链DC/DC变换型和高频链周波变换型。 

7、;   高频链DC/DC变换型就是在传统逆变电源的直流侧和逆变器之间加入一级DC/DC变换器，由于DC/DC变换器采用的是高频变换，所以电路中使用的是高频变压器，这样就可以省掉体积庞大的工频变压器，其电路结构如图1（a）所示。虽然DC/DC变换型实现起来比较容易，但是存在功率只能单向流动，负载不能向电源回馈能量；三级功率变换，既使得系统 效 率 低 ， 又 使 得 系 统 复 杂 ， 从 而 降 低 了 系 统 的 可 靠 性 等 缺 点 。    高 频 链 周 波 变 换 型 主 要 由 高 频 电 压 源 逆 变 器 、 高 频 变 压

8、器 和 周 波 变 换 器 组 成 ， 其 电 路 结 构 如 图1(b)所 示 。 与 高 频 链 DC/DC型 相 比 ， 该 逆 变 器 实 现 逆 变 只 经 过 两 级 功 率 变 换 ， 降 低 了 变 换 器 的 通 态 损 耗 和 系 统 的 复 杂 性 ， 提 高 了 系 统 的 效 率 和 可 靠 性 ， 而 且 功 率 可 以 实 现 双 向 流 动 。 本 文 介 绍 高 频 链 周 波 变 换 型 的 主 电 路 设 计 。(a)  高 频 链DC/DC变 换 型(b)  高 频 链 周 波 变 换 型图1  两 种 高 频 链 逆 变

9、电 路    具体实现时，高频逆变器可以采用推挽式、半桥式和全桥式，周波变换器可以采用全波式、全桥式。考虑到输出电压和功率的设计要求，最终确定的电路结构如图2所示。图中，Ui为输入直流电压，S1、S2、S3、S4组成全桥逆变器，T为高频变压器，K1、K2、K3、K4是由2个反向串联的MOSFET组成的双向开关，共同组成全桥式周波变化器，L、C组成LC滤波器。图2  主 电 路 的 电 路 结 构3  控制方法及其实现    本文的高频链周波变换型采用移相控制方案，移相控制是近年来在全桥变换电路拓扑中广泛应用的一种控制方式。移相控制的基本工作原理为，全桥变换电路每一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相差一个相位，即所谓的移相角。通过调节此移相角的大小，来调节输出电压脉冲宽度，达到调节相应的输出电压的目的。    系统工作原理如图3所示，输入的220V/50Hz交流市电经过整流滤波后变成300V左右的直流，然后经过全桥逆变器的高频逆变，输出25kHz相邻脉冲互为反极性的SPWPM（正弦脉宽脉位调制）波，该波形含有SPWM波的全部信息，但不含25Hz调制波的频率成分，适合于高频变压器传输。SPWPM波通过高频变压器