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高占空比反激逆变器研究 摘要：了的工作原理和控制原理，给出了控制方案和主要参数设计，并进行了实验验证。电路结构简，运行可靠具有良好的稳态和动态特，负载适应性好，具有四象限运行的能力。关键词：逆变器,电流源,高频链,,反激, 双向.中图分类号： 文献标识码： 1、引 近年来，随着半导体器件的发展及可再生能源的利用，高频链逆变技术引起了专家学者们的浓厚兴趣。双向电压源高频链逆变器虽然解决了双向传输功率的问题，但其固有的电压过冲问题影响了它的推广和应。全桥双向电流源高频链逆变器，解决了双向电压源高频链逆变器固有的电压过冲问题文献[-10]从减少使用功率器件和驱动电路数量出发，提出了半桥结构的双向电流源高频链逆变器推挽式双向电流源高频链逆变器电信、航空航天、军事等领域求重量轻、体积小、功率密度大和可靠性高供电装置使用蓄电池、太阳能电池等作为能源的混合型电动汽车驱动系统供电装置效率和体积是首要考虑因素(7-10(。本文提出一种新颖的双向电流源高频链逆变器拓扑，主电路只需要1台高频变压器和4只功率开关管，它的每一种开关模式同样可以等效为一个反激DC/DC变换器。由于电路完全对称，实现了电源输出能量的通道与接收回馈能量的通道完全分离，从而占空比不受拓扑的限制。 2、主电路构成及工作原理 逆变器的主电路拓扑图1。其中VT1构成高频变器，VT、VT成周波变换器T为高频变压器，C0Z0 是交流负载。虚线元件是功率开关管的体内二极管。功率开关管VT1用于控制每个开关周期传输到二次侧的直流能量，高频变压器兼有电气隔离、调整电压变比和储能的作用，功率开关管VT、VT用来实现交流正弦电压的正负交替及能量回馈。 图1 逆变器电路拓扑 nverter 由于负载可能是容性、感性和阻性。所以，逆变器应能实现四象限运行。逆变器以DC/DC功率变换器的拓扑结构为基础。通过控制开关管VT1、VT2、VT3可以得到四种工作模式，如图2所示。每一种工作模式的拓扑结构都相当于一个DC/DC功率变换器。而且，四种工作模式对应于u0-i01平面的四个象限。若C0在内的整个负载为电容性，则工作模式的顺序为a-b-c-d-a。如果负载是电感性，其工作模式顺序与容性相反。 图2 逆变器的工作模式nverter 当u0＞0i01＞0时，逆变器工作在第Ⅰ象限，其等效电路如图2a）所示。VT1受SPWM信号驱动而高频，VT2一直导通, VT3一直关断。Uin、VT1、L、L、VD、C0和Z0构成功率变换器，电源Uin向负载Z0输送能量。Lp1的电流从零开始线性增加，能量储存在变压器的初级电感中。当VT1关断时，由于VT3、VT4一直关断，储存在初级电感的能量只有通过Ls1、VDZ0(C0)。 当u0＞0i01＜0时，逆变器工作在第Ⅱ象限，其等效电路如图2b）所示。VT受SPWM信号驱动而高频，VT一直导通VT1、VT2一直关断。Z0C0 、VT3、L、L、VD和Uin构成功率变换器，能量从交流负载端回馈到直流电源。Ls2两端，流经Ls2的电流从零开始线性增加，能量储存在变压器的次级电感中。当VT3关断时，由于VT2、VT1一直关断，储存在次级电感的能量全部通过Lp2、VDUin。 当u0＜0i01＜0时，逆变器工作在第Ⅲ象限，其等效电路如图2c）所示。VT受SPWM信号驱动而高频， VT一直导通，VT一直关断。Uin、VT、L、L、C0、Z0和VD3构成功率变换器，电源Uin向负载Z0输送能量。 当u0＜0i01＞0时，逆变器工作在第Ⅳ象限，其等效电路如图2d）所示。VT受SPWM信号驱动而高频，VT一直导通，VT、VT1一直关断。Z0C0 、L、VT、Lp2、VD和Uin构成功率变换器，能量从交流负载端回馈到直流电源。3、控制方案及其原理逆变器采用输出电压瞬时反馈的SPWM控制方案。由于电路在每一象限只有一只开关管处于高频状态，且都以模式工作，所以可以采用相同的控制电路实现(11(。控制原理如图3所示，逆变器工作在电流的断续模式。将输出的正弦交流电压u0 的反馈信号ufb与基准正弦信号uref经误差放大器放大后得到误差放大信号ue。ue 再分别于三角载波+uT和-uT比较后得到SPWM调制信号，由基准正弦波极性信号usy极性信号us选择后得到每只功率开关管的驱动信号。假设负载Z0 的感性小于输出电容C0的容性，也就是包括输出电容在内的整个负载电路为容性。于是，当基准正弦电压uref 从零开始增加时逆变器工作在第Ⅰ象限，输出电压就开始跟踪基准电压uref变化，这个时间段得到的误差信号ue 为正，ue与正三角波+uT交截产生SPWM信号，这个SPWM信号经过基准正弦波极性信号us