一種串聯(lián)諧振逆變器控制方法的探討

0 引言

本文分析了移相PWM控制串聯(lián)諧振逆變器的實現(xiàn)。通過改變移相角來調(diào)節(jié)傳送給負載的功率，對功率MOSFET輸出電容的影響，提出了一種控制方案以確保功率器件在各種負載條件下實現(xiàn)ZVS，保證全橋拓撲結(jié)構(gòu)中MOSFET的柔性切換，使開關(guān)頻率緊密地跟隨諧振頻率，使逆變器工作在功率因數(shù)接近1的準諧振狀態(tài)。

1 移相控制串聯(lián)諧振逆變器工作原理

全橋架構(gòu)的串聯(lián)諧振逆變器如圖1所示。4個開關(guān)管S1～S4，分別以50％的占空比開通，其中S1及S4為基準臂開關(guān)，S2及S3為移相臂開關(guān)，每個橋臂上的功率管以180°的相位差開通與關(guān)斷，兩個橋臂開關(guān)的驅(qū)動信號之間相差一個相位角φ，控制時序如圖2所示。使輸出的正負交替電壓之間插入一個箝位到零點的電壓值，這樣只要改變相位角φ就可以相應(yīng)改變輸出電壓的有效值，最終達到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。當采用移相調(diào)功方法時，電路的工作頻率變化較小，具有良好的負載適應(yīng)性。特別是當負載阻抗具有較高品質(zhì)因數(shù)時，其調(diào)功范圍內(nèi)頻率變化更小[1]。

圖1 串聯(lián)諧振逆變器主電路

當工作頻率在諧振頻率之上，即負載呈現(xiàn)感性狀態(tài)，負載電流io落后于準方波電壓vAB，如圖2所示。要實現(xiàn)功率管的零電壓開通，必須要有足夠的能量用來抽走將要開通的開關(guān)管的輸出電容上的電荷；并給同一橋臂要關(guān)斷的開關(guān)管的結(jié)電容充電。開關(guān)管輸出電容放電結(jié)束后二極管續(xù)流，此時給出驅(qū)動信號，開關(guān)管將在零電壓狀態(tài)開通。如果開關(guān)頻率緊跟諧振點頻率保持恒定，由于φ角的增大，負載電流在S3開通前變成正相，ZVS將不能實現(xiàn)。為了防止失去ZVS狀態(tài)，應(yīng)確保開關(guān)管輸出電容的完全放電，所以控制器需要提高開關(guān)頻率，在S3開通前去獲得更大的負相負載電流。本系統(tǒng)利用了電路上的寄生元件，使得全橋架構(gòu)中的4個開關(guān)器件都能運行于零電壓切換，不僅降低了切換損失與開關(guān)應(yīng)力，也不象硬開關(guān)PWM那樣需要采用緩沖吸收電路[2]。

圖2 工作波形

2 移相控制串聯(lián)諧振逆變器的分析

系統(tǒng)的全橋架構(gòu)等效電路如圖3所示。由圖3可知下列關(guān)系的存在：

負載因數(shù)Q=；

特征阻抗Zo=；

諧振頻率ω0=；

頻率標么值ωn=（ωs為開關(guān)頻率）。

圖3 等效電路