電源：一種改善的UPWM在變頻逆變器中的應用

摘要：　　本文將一種改善的UPWM調(diào)制技術應用于逆變器。通過調(diào)節(jié)調(diào)制波的頻率來實現(xiàn)輸出電壓的頻率可調(diào),同時通過調(diào)節(jié)前級基準電壓來實現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)。本文分析了方案的基本原理和性能。研制的工作頻率100kHz，輸出15Hz-1000Hz、150VAC-300VAC、1350VA的逆變器證明方案的可行性。

敘詞：正弦脈寬調(diào)制 逆變器 電源

Abstract：　　This paper applies an improved UPWM to inverter. Through varying the frequency of the standard　waveform to vary frequency of the out waveform, varying magnitude of　the standard　waveform of the front supply to vary magnitude of the out waveform. This paper analyzes operation and function of the scheme. In addition, the　experimental result of the developed inverter which is rated at 1350VA and the output varies from 15Hz to 1000Hz,150VAC to 300VAC and run at a switching frequency of 100kHz are presented.

Keyword：spwm, inverter

1、引言

SPWM正弦脈寬調(diào)制技術是工業(yè)領域應用最為廣泛的一種變頻電源控制方式。這種技術的特點是原理簡單，通用性好，控制和調(diào)節(jié)性能好，是一種比較好的波形改善法。正弦脈寬調(diào)制可以分為雙極性控制方式(BPWM)和單極性控制方式(UPWM)兩種。

傳統(tǒng)的UPWM控制方式如圖1(a)所示，與雙極性控制方式相比，其開關頻率在“實效上”增加了一倍.同時，由于每次開關輸出電壓的變化從雙極性的 降到 ，其輸出電壓波形的頻譜會有所改善。但由于其功率管均工作在高頻狀態(tài)下，開關損耗較高。本文將在傳統(tǒng)UPWM的基礎上對UPWM加以改善。使其在滿足THD要求的情況下開關損耗更低。并給出了在此種工作方式下制作的樣機的實驗波形。

2、改善的UPWM方式下全橋逆變器的基本原理

2、1全橋逆變器的電路拓撲結構

本項目包括前級電路和后級電路，其中前級電路包括PFC+BUCK來實現(xiàn)輸出電壓幅值的調(diào)節(jié)，本文著重介紹后級電路。圖2給出了全橋逆變器的電路拓撲結構。圖中開關管S1-S4(包括其寄生二極管D1-D4)是橋式電路的四個臂，它們由電力電子器件及輔助電路組成。

圖2　 全橋逆變器的電路拓撲結構圖

2、2改善的UPWM控制方式

改善的UPWM控制方式如圖3所示，其S1和S3采用PWM調(diào)制而S2和S4采用SPWM調(diào)制。S4調(diào)制的時候S1長通，而S2調(diào)制的時候S3長通。同時保證同一橋臂上的兩開關管不直通，即同一橋臂上的兩開關管在大趨勢上是互補的。而在傳統(tǒng)的UPWM控制方式中，S1、S2、S3和S4長通。同時保證同一橋臂上的兩開關管不直通，即同一橋臂上的兩開關管在大趨勢上是互補的。而在傳統(tǒng)的UPWM控制方式中，S1、S2、S3和S4均采用SPWM調(diào)制。

2、3全橋逆變器工作狀態(tài)分析

在一個開關周期中，改善的UPWM控制方式下，全橋逆變器有4個工作狀態(tài),如圖4。

圖5給出了不同工作狀態(tài)下的等效電路。在分析之前作如下假設：1)所有開關管均為理想器件;2)電感、電容均為理想元件。

(1)工作狀態(tài)0

時刻前[圖5(a)]，輸出電壓

和電感電流

方向相反。此時雖然S2、S3導通，但由于電流方向與輸出電壓方向反相而致使S2、S3沒有流過電流，從而此時功率管雖然開通，但是卻起不到調(diào)制的作用，而是通過D2、D3續(xù)流。

(2)工作狀態(tài)1

從

時刻開始輸出電壓

和電感電流

方向變得相同。此時S1、S4導通，由于電感的足夠大此工作狀態(tài)是連續(xù)的，即電流不換相。在這工作狀態(tài)下S1常通，而S4以正弦規(guī)律通斷。從而實現(xiàn)SPWM調(diào)制。

(3)工作狀態(tài)2

時刻開始輸出電壓

和電感電流

方向變得相反。此時雖然S1、S4導通，但由于電流方向的變化而致使S1、S4沒有流過電流，從而此時功率管雖然和工作狀態(tài)一樣，但是卻起不到調(diào)制的作用，而是通過D1、D4續(xù)流。