三相電壓源型高頻鏈逆變技術

??? 現代逆變電源主要向如下幾個方向發展,如高頻功率變換、交流側單位功率團數、低電磁干擾、體積小重量輕、雙向功率流等。單相高頻鏈技術已經得到了廣泛的發展和應用,隨著應用場合范圍的擴大和對功率要求的提高,三相高頻鏈技術也開始被重視并發展,主要是改進控制方法來降低功率損耗。
??? 三相高頻鏈典型的電路結構如圖8所示,由電壓源逆變器、高頻變壓器和周波變換器組成。逆變器輸出高頻電壓,變壓器將高頻輸入和輸出進行隔離,周波變換器提供三相脈寬調制電壓。逆變器是由4個ICBT和4個反并聯二極管以單相橋方式組成,周波變換器是由6個雙向開關管以三相橋方式組成。

??? 為了獲得正弦輸出,專家和學者們提出了許多不同的方法,如正弦波脈沖幅度調制、由鋸齒波做參考信號、積分環控制、空間矢量調制、差頻調制等,同時還提出了混合調制的方法,這種方法是基于載波調制、空間矢量調制(SVM)和數字標量調制(DSM)之間的相關性而提出的。
??? 周波變換器和三相逆變器的工作原理是相似的,只是三相逆變器的輸入是一個直流電壓,而周波變換器的輸入是一個正負交替變換的方波電壓,因此,當周波變換器的輸入電壓為正時,周波變換器的PWM信號和三相逆變器的PWM信號相同,而當輸入電壓為負時,周波變換器的PWM信號正好和三相逆變器的PWM信號相反,如圖9所示,而且當三相逆變器的PWM信號和逆變器輸出電壓的極性同步時,周波變換器的開關頻率最小。

??? 為了降低周波變換器的開關損耗,也提出了許多方法和策略,如非諧振ZV5、電源換相(soure commutation)(即ZCS)和電壓箝位及其它們的改進方法。
5.1 非諧振ZVS技術
??? 圖10中的虛線是圖9中的PWM信號和逆變器輸出電壓信號,但只有在周波變換器輸出的最大寬度電壓內才要求逆變器必須輸出電壓,在半個開關周期內的其他時間逆變器的輸出都為O,因此,周波變換器PWM信號的邊界可以移到逆變器輸出為0的區域,如圖10所示,開關器件都是在零電壓期間進行開通和關斷。
??? 圖11為空間矢量圖,它是由6個向量(V1~V6)和兩個零向量(V0和V7)構成的,分成6個區間。圖12是當周波變換器輸入電壓為(a)時,傳統PWM(b)和非諧振ZVS PWM(c)兩種模式在區域V中的波形圖。由于上述非諧振ZVS只能在從一個開關周期到另一個開關周期變換時實現軟開關,因此義提出了一種新的控制方案,不僅在周期變換時而且在周期內都能實現軟開關。表1列出了3種PWM模式的比較。

5.2 電源換相技術
??? 利用逆變器的輸出電壓進行換相,短路電流的方向和負載電流的方向相反,如圖13所示。如果負載電流為正,導通開關從SUPP到SUNP變化,如果延時SUPP的關斷信號,由逆變器輸出電壓產生的短路電流將會減小SUPP中的電流,當短路電流等于負載電流時,就完成了換相,而沒有開關損耗,也因此這種技術又稱為ZCS技術。

5．3 電壓箝位技術
??? 在有開關器件的電路中,往往通過增加緩沖電路來防止開關器件出現過電壓,但在緩沖電路中會產生大量功率損耗,而圖14中虛線部分組成的電壓箝位電路就可以解決此問題。電壓箝位電路包括一個電容、4個開關管和10個二極管。在周波變換器換相的時候,電容吸收儲存在變壓器漏感上的能量,這就可以避免開關器件發生電壓過沖,而且為了降低功率損耗,儲存在電容上的能量還可以通過4個開關管反饋回逆變器端或負載端。在周波變換器死區時間內負載電流可以通過二極管DC5-DC10導通,而且還可以當負載過流時快速切斷負載,而不會形成過壓導致周波變換器中的開關管擊穿。