專利名稱：滯環(huán)電流控制型雙降壓式半橋逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的滯環(huán)電流控制型雙降壓式半橋逆變器屬電力電子逆變器。
背景技術(shù)：
隨著高頻功率器件的發(fā)展，逆變器的開關(guān)頻率大幅度提高，減小了濾波器的體積重量，提高了動態(tài)響應(yīng)性能。航空電源、UPS系統(tǒng)、以及高性能電機驅(qū)動等交流電源的發(fā)展，都對逆變器的性能提出了更高的要求。怎樣進一步提高變換器的功率密度，如何在實現(xiàn)高頻化的同時保證較高的效率，是當前研究的關(guān)鍵問題。在較高開關(guān)頻率下，開關(guān)損耗是主要損耗之一，軟開關(guān)技術(shù)可以有效的減少變換器的開關(guān)損耗。近十幾年，圍繞逆變器的軟開關(guān)問題，國內(nèi)外學者作了大量的研究，取得了不少有價值的研究成果。主要有極諧振逆變器，諧振直流高頻鏈逆變器(Resonant Dcink Inverter)，諧振緩沖網(wǎng)絡(luò)逆變器(Resonant Snubber Lnverter)等等。這些軟開關(guān)技術(shù)在某些特定場合得到了成功的應(yīng)用，但始終沒有得到一種既簡潔又高效的方法。N。R。Zargari提出了一種高可靠性的逆變電路，在此稱為雙降壓式Bi-Buck逆變電路，它由兩個Buck電路組成，克服了傳統(tǒng)橋式逆變橋的直通問題，尤其適用于航空航天，UPS系統(tǒng)等對可靠性要求高的應(yīng)用。GerldR.Sesnley將其成功地應(yīng)用于功率放大器，在高頻開關(guān)頻率下(ZookHz)，消除了死區(qū)時間對輸出電壓波形質(zhì)量影響。但所采用的控制方法都基于斜坡比較SPWM，為保證電路正常工作，在輕載時輸出電壓不會由于電感電流斷續(xù)而失真，就必須要有偏置電流，因此影響系統(tǒng)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，從提高逆變器的頻率和效率的角度出發(fā)，研制一種能消除在正常工作時所必需的偏置電流和電感電流斷續(xù)而造成的電壓失真，實現(xiàn)逆變器在較高效率和頻率下運行的雙降壓式逆變器(BBI)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的滯環(huán)電流控制型雙降壓式(BUCK)逆變器主電路的組成是由兩個降壓式(BUCK)電路組成，在逆變器濾波電感輸出正向電流時，由兩個相互串聯(lián)電源之一的電源正端依次連于功率開關(guān)管、濾波電感、濾波電容以及其陰極連于功率開關(guān)管(S1)與濾波電感(L1)的連接點，而陽極連于另一電源負端的續(xù)流二極管組成BUCK電路調(diào)制濾波輸出；濾波電感輸出負向電流時，由另一電源負端依次連于另一功率開關(guān)管，另一濾波電感及同一濾波電容以及其陽極連于另一功率開關(guān)管(S2)與另一濾波電容(L2)的連接點，而陰極連于電源正端的續(xù)流二極管組成BUCK電路調(diào)制輸出。這種主電路的組成，實現(xiàn)了本雙降式逆變器在一個周期中，一個降壓變換器調(diào)制濾波輸出，另一個降壓變換器不工作的輪換工作方式，達到了不需要任何偏置工作電流就能正常工作的目的，從而減少了功率管和電感等主電路器件的導電損耗。
本主電路還由于兩只功率開關(guān)管之間串聯(lián)著兩只濾波電感，沒有傳統(tǒng)逆變橋的直通問題，大大提高了可靠性，另外，續(xù)流電流流過獨立的續(xù)流二極管，功率開關(guān)管和續(xù)流二極管可分別進行優(yōu)化設(shè)計，二極管不會出現(xiàn)很大的反向恢復(fù)電流，避免了造成很大的開關(guān)損耗。
本主電路的控制方法采用自適應(yīng)性很強的非線性控制方法——滯環(huán)電流控制，即在電感電流斷續(xù)的區(qū)段，自動調(diào)整提高開關(guān)頻率，使電感電流的高頻紋波限制在指定的環(huán)寬內(nèi)，基本消除了因電感電流斷續(xù)引起的輸出電壓失真現(xiàn)象，這是線性控制方法在相同的主電路參數(shù)和開關(guān)頻率下無法做到的，而且在控制方法上克服了引入直流偏置引起的輸出電壓存在直流分量問題。高頻運行下的雙降壓式逆變電路具有較寬的系統(tǒng)頻率帶寬，快速的動態(tài)響應(yīng)性能，高穩(wěn)定，高電壓調(diào)整率等一系列優(yōu)點。


圖1是滯環(huán)電流控制型雙降壓式半橋逆變器的主電路原理圖。
圖中符號名稱Vd1、Vd2——電源，S1、S2——功率開關(guān)管，L1、L2——濾波電感，D1、D2——續(xù)流二極管，C——濾波電容。
圖2是滯環(huán)電流控制型雙降壓式半橋逆變器電流環(huán)控制原理圖。
圖中框圖名稱1、電感L1電流檢測，2、電壓誤差信號，3、電感L2電流檢測，4、5——滯環(huán)比較器，6、7——驅(qū)動電路，8、功率開關(guān)管S1，9、功率開關(guān)管S2。
圖3是帶環(huán)電流控制型雙降壓式半橋逆變器的實施電路原理圖。
圖3中的標號及符號名稱與圖1和圖2一致，其中標號10是電壓給定基準，11、輸出電壓控制信號，12與13是電流互感器。
具體實施例方式
根據(jù)附圖敘述本發(fā)明的具體實施方式
。由圖1可知，本發(fā)明的滯環(huán)電流控制型雙降壓式(BUCK)半橋逆變器主電路由兩個降壓式(BUCK)電路組成，在逆變器輸出正向電流時，由電源Vd1輸出正端依次連于功率開關(guān)管S1、濾波電感L1、濾波電容C以及其陽極與電源Vd2負端相連，而陰極連于功率開關(guān)管S1與濾波電感L1的連接點的續(xù)流二極管D1組成BUCK電路的調(diào)制濾波輸出電路；輸出負向電流時，由電源Vd2輸出負端連于功率開關(guān)管S2、濾波電感L2、濾波電容C以及其陽極連于功率開關(guān)管S2與濾波電感L2的連接點，陰極連于電源Vd1正端的續(xù)流二極管D2組成BUCK電路的調(diào)制輸出電路。由圖1可知，由于兩只功率開關(guān)管S1、S2之間串聯(lián)著兩只濾波電感L1、L2，因此沒有傳統(tǒng)逆變橋的直通問題，大大提高了可靠性。另外，續(xù)流電流流過獨立的續(xù)流二極管D1、D2，因此功率開關(guān)管和續(xù)流二極管可以分別得到最優(yōu)設(shè)計，續(xù)流二極管可采用快恢復(fù)二極管，這樣由反向恢復(fù)電流引起的損耗就大大減少。
圖2是滯環(huán)電流控制型雙降壓式半橋逆變器電流環(huán)控制原理圖。滯環(huán)電流控制是一種優(yōu)越的非線性控制方法，實現(xiàn)電路簡單，穩(wěn)定性高，具有內(nèi)在的電流限制能力，動態(tài)響應(yīng)快。其基本原理是采用電壓電流雙閉環(huán)，電壓外環(huán)實現(xiàn)穩(wěn)定控制，電流內(nèi)環(huán)的控制機理如圖2所示，即濾波電感L1電流檢測1的信號經(jīng)滯環(huán)比較器4后通過驅(qū)動電路6控制功率開關(guān)管(S1)8；同樣，濾波電感L2電流檢測3的信號經(jīng)另一滯環(huán)比較器5后通過另一驅(qū)動電路7控制另一功率開關(guān)管(S2)9。其中電壓誤差信號分別送入滯環(huán)比較器4與滯環(huán)比較器5。這種控制方法的工作過程是，分別反饋控制兩個濾波電感電流，使當逆變器輸出正向電流時功率開關(guān)管S1、續(xù)流二極管D1、濾波電感L1和濾波電容C組成調(diào)制濾波輸出，同時通過滯環(huán)電流控制，使電感L1電流在設(shè)定的環(huán)寬內(nèi)，功率開關(guān)管S2、續(xù)流二極管D2不工作，濾波電感L2的電流為零；反之功率開關(guān)管S1、續(xù)流二極管D1、濾波電感L1不工作，功率開關(guān)管S2、續(xù)流二極管D2、濾波電感L2工作。
圖3是本發(fā)明的實施例電路原理圖。由圖3可知，通過電流互感器12將電感L1電流檢測信號1連于滯環(huán)比較器4經(jīng)驅(qū)動電路6連于功率開關(guān)管S18；同樣通過電流互感器13將電感L2電流檢測信號3連于滯環(huán)比較器5經(jīng)驅(qū)動電路7連于功率開關(guān)管S19；輸出電壓檢測信號11連于電壓誤差放大器2負端，電壓給定基準信號10輸入電壓誤差放大器2正端。工作原理是采動電壓電流雙閉環(huán)。電壓外環(huán)起穩(wěn)壓作用，輸出電壓檢測信號11與基準電壓正弦波10比較后，經(jīng)過電壓誤差放大器2，得到電壓誤差信號。電壓誤差信號作為電流環(huán)的基準，分別與控制電感L1與L2的檢測電流信號比較，經(jīng)兩個滯環(huán)比較控制器4與5，產(chǎn)生PWM調(diào)制信號，經(jīng)驅(qū)動電路6與7送至功率開關(guān)管S1和S2，控制電感L1和L2的電流分別在輸出周期的半周工作。同時控制電路電流高頻紋波在指定的環(huán)寬范圍內(nèi)，保證較小的輸出諧波含量。因此滯環(huán)電流控制有很強的自適應(yīng)能力，在電感電流較小的區(qū)段，自動調(diào)整提高開關(guān)管頻率，消除電感電流斷續(xù)流引起的輸出電壓失真，這一點是線性的控制方法無法實現(xiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種滯環(huán)電流控制型雙降壓式半橋逆變器主電路由兩個降壓式電路組成，其特征是，在逆變橋輸出正向電流時，由兩個相互串聯(lián)電源之一的電源正極依次連于功率開關(guān)管(S1)、濾波電感(L1)、濾波電容(C)以及其陰極連于功率開關(guān)管(S1)與濾波電感(L1)的連接點，而陽極連于另一電源負極的續(xù)流二極管(D1)組成的降壓式電路的調(diào)制濾波輸出；輸出負向電流時，由另一電源負極依次連于另一功率開關(guān)管(S2)、另一濾波電感(L2)及同一濾波電容(C)以及陽極連于另一功率開關(guān)管(S2)與另一濾波電感(L2)的連接點，而陰極連于電源正極的續(xù)流二極管(D2)組成的另一降壓式電路調(diào)制濾波輸出，形成在一個負載工作周期中，一個降壓變換器調(diào)制濾波輸出，另一個降壓變換器不工作的輪換工作方式，該主電路的控制方法采用自適性很強的非線性滯環(huán)電流控制方法，即在電感電流斷續(xù)的區(qū)段，自動調(diào)整提高開關(guān)頻率，使電感電流的高頻紋波限制上指定的環(huán)寬內(nèi)。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的滯環(huán)電流控制型雙降壓式半橋逆變器，其特征在于滯環(huán)電流控制方法是將濾波電感(L1)電流檢測(1)的信號經(jīng)滯環(huán)比較器(4)后通過驅(qū)動電路(6)控制功率開關(guān)管(S1)；同樣將另一濾波電感(L2)電流檢測(3)的信號經(jīng)另一滯環(huán)比較器(5)后通過另一驅(qū)動電路(7)控制另一功率開關(guān)管(S2)，其中電壓誤差信號(2)分別送入滯環(huán)比較器(4)與滯環(huán)比較器(5)。
全文摘要
一種涉及滯環(huán)電流控制型雙降壓式半橋逆變器，其主電路由兩個降壓式電路組成，即由電源Vd
文檔編號H02M7/42GK1411132SQ0213846
公開日2003年4月16日 申請日期2002年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月21日
發(fā)明者劉軍, 嚴仰光, 王慧貞, 龔春英 申請人:南京航空航天大學