1、    單極倍頻電壓型SPWM軟開關(guān)DC/AC逆變器的設(shè)計(jì)1引言目前，PWM功率變換技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于工作在硬開關(guān)狀態(tài)下的PWM逆變器，由于其開關(guān)損耗大，并且產(chǎn)生嚴(yán)重EMI，難以滿足開關(guān)電源高頻化、綠色化的要求。為克服硬開關(guān)的不足，軟開關(guān)技術(shù)得到迅速的發(fā)展，特別是DC/DC變換器移相軟開關(guān)技術(shù)已趨于成熟。但對(duì)于DC/AC變換器，由于考慮其輸出波形質(zhì)量等因素，目前，還沒有真正意義上的軟開關(guān)產(chǎn)品出現(xiàn)。雖然也出現(xiàn)過一些DC/AC變換器拓?fù)浜蛙涢_關(guān)控制技術(shù)123，但這些1 引言目前，PWM功率變換技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于工作在硬開關(guān)狀態(tài)下的PWM逆變器

2、，由于其開關(guān)損耗大，并且產(chǎn)生嚴(yán)重EMI，難以滿足開關(guān)電源高頻化、綠色化的要求。為克服硬開關(guān)的不足，軟開關(guān)技術(shù)得到迅速的發(fā)展，特別是DC/DC變換器移相軟開關(guān)技術(shù)已趨于成熟。但對(duì)于DC/AC變換器，由于考慮其輸出波形質(zhì)量等因素，目前，還沒有真正意義上的軟開關(guān)產(chǎn)品出現(xiàn)。雖然也出現(xiàn)過一些DC/AC變換器拓?fù)浜蛙涢_關(guān)控制技術(shù)123，但這些方法還不能真正走向?qū)嵱谩Ｎ墨I(xiàn)4介紹了用諧振電路實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，是一種比較好的方法，然而這一技術(shù)需要跟蹤電路中的電壓和電流，在電壓和電流過零處實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，這必然使電路變得復(fù)雜。為較好地解決這一難題，文獻(xiàn)5介紹了利用電感換流的非諧振軟開關(guān)PWM技術(shù)，然而這一技術(shù)只適用于雙極性

3、電壓控制的DC/AC變換器電路。在分析文獻(xiàn)5的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)出了一種適用單極倍頻SPWM6軟開關(guān)DC/AC變換器電路。2 單極倍頻SPWM軟開關(guān)DC/AC變換器主電路2.1 主電路結(jié)構(gòu)圖1所示為新型單極倍頻SPWM軟開關(guān)DC/AC逆變器主電路原理圖。圖2為其主要工作波形。該電路在硬開關(guān)SPWMDC/AC逆變器的基礎(chǔ)上添加了電容C1，C2，C3，C4，Cr1，Cr2，CE1，CE2電感Lr1，Lr2，其中電容C1=C2=C3=C4，Cr1=Cr2，電感Lr1=Lr2，大容量電解電容CE1=CE2視為恒壓源。這些元件為電路中的4只功率管實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)（ZVS）創(chuàng)造了條件。圖1 主電路結(jié)構(gòu)圖2 主

4、電路主要工作波形2.2 軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)原理以下公式中的電壓、電流方向以圖1中的參考方向?yàn)闇?zhǔn)。并假設(shè)負(fù)載電流io連續(xù)。1）工作模式1（t0t1時(shí)間段）在這一時(shí)間段中S1及S3導(dǎo)通，S2及S4關(guān)閉，iLr1從電源ED的正極經(jīng)過S1，Cr1，Lr1，CE2，到ED的負(fù)極并逐漸增大；同時(shí)電容CE1經(jīng)過S3，Cr2，Lr2繼續(xù)放電，放電電流iLr2繼續(xù)上升，在t1時(shí)刻iLr2達(dá)到最大，即iLr2（t1）=αIomsint1（12sin2t1）（1）式中：為調(diào)制比；Iom為負(fù)載電流最大值，Iom=ED/RL；=2fc，fc為載波頻率。對(duì)應(yīng)的等效電路拓?fù)湟妶D3（a）。2）工作模式2（t1t

5、2時(shí)間段）在此時(shí)間段，功率管S1繼續(xù)導(dǎo)通，iLr1繼續(xù)增大。t1時(shí)刻S3關(guān)斷，集電極電流i3從開關(guān)管S3轉(zhuǎn)換到緩沖電容C3，為C3充電，C3上的電壓從零開始上升，S3實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷；同時(shí)，存儲(chǔ)在C4上的能量通過Cr2，Lr2，CE2回路放電，其等效電路拓?fù)淙鐖D3（b）。從圖可看出，C3充電回路與C4放電回路參數(shù)相同。因此，在t=t2時(shí)刻，vC3=ED，vC4=0。充放電時(shí)間t21為t21=t2t1=（2）3）工作模式3（t2t3時(shí)間段）在t=t2時(shí)刻D4導(dǎo)通，為循環(huán)電流iL2的續(xù)流提供通路，vC4被箝位于零，即vC4=0。若在iL2=0之前，S4的觸發(fā)信號(hào)到來，S4實(shí)現(xiàn)零電壓開通。其等效拓?fù)淙鐖D3（c）所示。4）工作模式4（t3t4時(shí)間段）在t3時(shí)刻S4零電壓開通。循環(huán)電流iL2繼續(xù)通過D4續(xù)流，在t4時(shí)刻續(xù)流完畢。續(xù)流時(shí)間t41為t41=t4t1=（3）其等效電路拓?fù)淙鐖D3（d）。5）工作模式5（t4t5時(shí)間段）t4時(shí)刻后，S4的集電極電流從零開始上升。電源ED為負(fù)載提供能量。其等效電路拓?fù)淙鐖D3（d）。（a） t0t1（b） t1t2（c） t2t3（d） t3t4圖3 各種模式下的等效電