三相电压源型高频链逆变技术

三相电压源型高频链逆变技术

    现代逆变电源主要向如下几个方向发展,如高频功率变换、交流侧单位功率团数、低电磁干扰、体积小重量轻、双向功率流等。单相高频链技术已经得到了广泛的发展和应用,随着应用场合范围的扩大和对功率要求的提高,三相高频链技术也开始被重视并发展,主要是改进控制方法来降低功率损耗。
    三相高频链典型的电路结构如图8所示,由电压源逆变器、高频变压器和周波变换器组成。逆变器输出高频电压,变压器将高频输入和输出进行隔离,周波变换器提供三相脉宽调制电压。逆变器是由4个ICBT和4个反并联二极管以单相桥方式组成,周波变换器是由6个双向开关管以三相桥方式组成。

    为了获得正弦输出,专家和学者们提出了许多不同的方法,如正弦波脉冲幅度调制、由锯齿波做参考信号、积分环控制、空间矢量调制、差频调制等,同时还提出了混合调制的方法,这种方法是基于载波调制、空间矢量调制(SVM)和数字标量调制(DSM)之间的相关性而提出的。
    周波变换器和三相逆变器的工作原理是相似的,只是三相逆变器的输入是一个直流电压,而周波变换器的输入是一个正负交替变换的方波电压,因此,当周波变换器的输入电压为正时,周波变换器的PWM信号和三相逆变器的PWM信号相同,而当输入电压为负时,周波变换器的PWM信号正好和三相逆变器的PWM信号相反,如图9所示,而且当三相逆变器的PWM信号和逆变器输出电压的极性同步时,周波变换器的开关频率最小。

    为了降低周波变换器的开关损耗,也提出了许多方法和策略,如非谐振ZV5、电源换相(soure commutation)(即ZCS)和电压箝位及其它们的改进方法。
5.1 非谐振ZVS技术
    图10中的虚线是图9中的PWM信号和逆变器输出电压信号,但只有在周波变换器输出的最大宽度电压内才要求逆变器必须输出电压,在半个开关周期内的其他时间逆变器的输出都为O,因此,周波变换器PWM信号的边界可以移到逆变器输出为0的区域,如图10所示,开关器件都是在零电压期间进行开通和关断。
    图11为空间矢量图,它是由6个向量(V1~V6)和两个零向量(V0和V7)构成的,分成6个区间。图12是当周波变换器输入电压为(a)时,传统PWM(b)和非谐振ZVS PWM(c)两种模式在区域V中的波形图。由于上述非谐振ZVS只能在从一个开关周期到另一个开关周期变换时实现软开关,因此义提出了一种新的控制方案,不仅在周期变换时而且在周期内都能实现软开关。表1列出了3种PWM模式的比较。

5.2 电源换相技术
    利用逆变器的输出电压进行换相,短路电流的方向和负载电流的方向相反,如图13所示。如果负载电流为正,导通开关从SUPP到SUNP变化,如果延时SUPP的关断信号,由逆变器输出电压产生的短路电流将会减小SUPP中的电流,当短路电流等于负载电流时,就完成了换相,而没有开关损耗,也因此这种技术又称为ZCS技术。

5．3 电压箝位技术
    在有开关器件的电路中,往往通过增加缓冲电路来防止开关器件出现过电压,但在缓冲电路中会产生大量功率损耗,而图14中虚线部分组成的电压箝位电路就可以解决此问题。电压箝位电路包括一个电容、4个开关管和10个二极管。在周波变换器换相的时候,电容吸收储存在变压器漏感上的能量,这就可以避免开关器件发生电压过冲,而且为了降低功率损耗,储存在电容上的能量还可以通过4个开关管反馈回逆变器端或负载端。在周波变换器死区时间内负载电流可以通过二极管DC5-DC10导通,而且还可以当负载过流时快速切断负载,而不会形成过压导致周波变换器中的开关管击穿。