BoostPWMDCDC變換器的正弦波逆變器的工作原理與控制方式

1、摘要：介紹了采用 Boost PWMDC/D變換器的正弦波逆變器的工作原理與控制方式，這是一種新型的正弦 波逆變器。關(guān)鍵詞：升壓；DC/DC變換器；正弦波逆變器引言傳統(tǒng)的電壓型逆變器只能降壓，不能升壓。要升壓就必須采用升壓變壓器，或在直流電源與逆 變器之間串入Boost DC/DC變換器。這對(duì)于應(yīng)用于 UPS及通信振鈴電源的低頻逆變器來說，將會(huì)使電源 的體積重量大大增加。而采用新型的Boost PWMDC/D變換器組成的逆變器，將會(huì)很簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)升壓逆變。 如果在一個(gè)周期內(nèi)不斷地按著正弦規(guī)律改變載波周期內(nèi)的占空比D,就可以輸出電壓成為正弦波。Boost變換器的升壓特性Boost PWMDC/DC

2、變換器具有優(yōu)越的無(wú)級(jí)升壓變壓功能, 的高開關(guān)頻率PWMfe壓型逆變器中。因此，可以把它直接應(yīng)用于需要升壓變壓Boost變換器電路如圖1 （a）所示。假定開關(guān) S的開關(guān)周期為T,開通時(shí)間為ton=DT關(guān)斷時(shí)間 Boost變換器有兩個(gè)工作為toff=（1 DT而D=ton/T=01為開通占空比，（1 D=ton/T為關(guān)斷占空比。 過程。1 ）儲(chǔ)能過程在S開通期間ton為電感L的儲(chǔ)能過程，其等效電路如圖 電路被S短路，輸入電流i 1使電感L儲(chǔ)能，加在L上的電壓為電源電壓US，由電磁感應(yīng)定律得1 （ b）所示。S開通，輸入 電壓方向與電流方向相同。在ton期間，L中的電流增量為1（ c）所示。S關(guān)斷，

3、D2）放能過程在S關(guān)斷期間toff，為電感L的放能過程，其等效電路如圖導(dǎo)通，電源與輸出電路接通，電感L放能，加在L的電壓為輸出電壓 U與電源電壓US之差（U US）,電壓方向與電流i 2的方向相反。由電磁感應(yīng)定律得如0八轡磚住精品文檔18在toff期間，L中的電流減小量為峠j嚀g電路穩(wěn)定后， I 1on = | I 2off |所以 i DT= (1 DT； LS=(1 D)J(1)故輸出輸入電壓變比Boost變換器的工作波形如圖1 (d)所示，可以看出：輸入電流 ii是連續(xù)的，輸出電流i2是斷 續(xù)的。ii連續(xù)是因?yàn)檩斎腚娐酚?L的存在。作出M=f(D的關(guān)系曲線如圖1 (e)所示。由于D=01

4、,所以41,說明Boost變換器只能升壓，不能降壓。Pn r(a)原理電路(b)儲(chǔ)能等效電路(C)放能等效電路(d)波形圖(e) M=f(D)曲線Boost變換器電路的工作波形及M=f ( D)曲線Boost逆變器的構(gòu)成對(duì)于UPS或交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用的逆變器，要求它必須能夠雙向四象限工作，所以，應(yīng)將DC/DC變換器改進(jìn)成雙向變換器。所謂雙向變換器，就是功率既可以從輸入端流向輸出端，也可以從輸 出端流向輸入端。為此，必須要解決電流反向流通的問題。最簡(jiǎn)單的解決辦法是在原電路的三極管上反 并聯(lián)一只二極管，在原電路的二極管上反并聯(lián)一只三極管，三極管和二極管共同組成兩個(gè)反向?qū)ǖ拈_ 關(guān)S和So S和S按互

5、補(bǔ)方式工作。過程發(fā)生變化。改進(jìn)后的電路如圖Boost這樣，不僅保證了正反向電流的流通，而且也不使等效電路的工作2 (a)所示，圖2 ( b)為雙向Boost變換器的M=f (D)曲線。當(dāng)功率由US輸送到U時(shí)，變換器工作在Boost狀態(tài)，ID。當(dāng)功率由uo輸送到US時(shí)，變換器工作在Buck狀態(tài)，M=1 D。所謂S與S互補(bǔ)工作，即在 DT期間S開通，S關(guān)斷，在(1 D) T期間S開通，S關(guān)斷。根據(jù)變換器變比的定義，當(dāng)US為電源U為負(fù)載時(shí)，變比盤稱為正向變比。當(dāng)Uo為電源US為負(fù)0丄載時(shí)，變比M=M稱為反向變比。兩者之間的關(guān)系為 M=tf o令互補(bǔ)占空比D=1 D,則1 D=D,因此，Boost變換

6、器的變比 M=l =M=1 D=D，三 l-“ R血k(a)雙向Boost變換器電路(b) M=f(D)曲線雙向Boost變換器的原理電路及其M=f( D)曲線用圖2 (a)所示的Boost雙向變換器構(gòu)成的雙向四象限 Boost逆變器如圖3 (a)所示，圖3 ( b) 為雙向四象限Boost逆變器的M=f (D)曲線。Boost逆變器是用兩個(gè)雙向 Boost變換器，共用一個(gè)電源US, 在電源的負(fù)極上下對(duì)稱地并聯(lián)起來構(gòu)成的。負(fù)載電阻R以輸出差動(dòng)的形式連接電路中。逆變器的 4個(gè)開關(guān)工作在如圖變換器變比為壓 U=M U,3 (a)所示的互補(bǔ)方式，由電源US通過上下兩個(gè)雙向變換器向負(fù)載 R供電。當(dāng)上面

7、的雙向M =f (D)時(shí)，下面的雙向變換器的變比即為M =(0，D=1-Do這樣，逆變器a點(diǎn)的電R上的電壓 u=ua- ub=M US - M u=uM - M )。根據(jù)變比的b點(diǎn)的電壓U=MUS,負(fù)載定義，逆變器的變比 m=3=M1對(duì)于Boost逆變器，MM =1-方=1/D,所以1 j_M=M - M =l-Q(2)作出-品與D的關(guān)系曲線如圖3 ( b)所示。(a)Boost逆變器電路i)(b)M=f (D)曲線Boost雙向四象限逆變器及其M=f(D曲線Boost逆變器的PWM控制法Boost逆變器的PWM控制法大約有5種，即SPW空制法，滑?？刂品?Sliding modecontro

8、l ), 電壓跟蹤控制法，函數(shù)控制法(Function control )和離散變量控制法。它們各有特點(diǎn)，適合于不同用 途的Boost逆變器。但應(yīng)用較多的是前三種控制法。4.1SPWM空制法適合于Boost逆變器的SPWM控制法有三種形式，即二階 SPW控制、三階SPW控制，三階交互 式SPWM控制。4.1.1二階SPWM控制Boost逆變器的二階SPWM控制電路如圖4 (a)所示，圖4( b)為工作波形圖。逆變器的左臂變換器按圖3( b)中的曲線工作，變比 M =喬厲；右臂變換器按圖3 ( b)中的曲線工作，變比M=1 1 1 20-1萬(wàn);逆變器按圖3 ( b)中的曲線工作，變比M=M - M =喬萬(wàn)一萬(wàn)=拠-0。由圖4 (b)，采樣點(diǎn) a和b的方程為式中：Tc為載波三角波周期;Z =UC/U為調(diào)制比；00LlCHJI ,1+Boost逆