雙BUCK半橋逆變器研究

1、雙BUCK半橋逆變器研究    一引言逆變器是二次電源系統(tǒng)，它把直流電源變換成恒頻恒壓的交流電源。逆變器常采用的拓?fù)溆邪霕?、全橋、反激或在此基礎(chǔ)上加一些輔助器件構(gòu)成軟開(kāi)關(guān)或高頻磁鏈等結(jié)構(gòu)；控制方法也常采用載波交截式（SPWM）和滯環(huán)電流控制方式等兩種。在橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，為了避免同一橋臂的上、下開(kāi)關(guān)管的直通，所以在同一橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間加入死區(qū)。由于死區(qū)的加入，一方面造成輸出電壓波形畸變；另一方面開(kāi)關(guān)頻率不能太高，濾波電感和濾波電容都比較大，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能較差。又由于電路工作在續(xù)流時(shí)，是通過(guò)開(kāi)關(guān)管的體二極管進(jìn)行；開(kāi)關(guān)管體二極管性能比一般的高性能單獨(dú)二極管的性

2、能差，特別是反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，因此造成系統(tǒng)效率較低。于是人們又提出由兩個(gè)BUCK電路構(gòu)成雙BUCK半橋逆變電路，來(lái)解決此問(wèn)題（拓?fù)淙鐖D（1）所示）。雙BUCK半橋逆變器控制方法也有SPWM和無(wú)偏置電流半周期滯環(huán)電流控制方式等。由于BUCK 電路在負(fù)載較小時(shí)有可能工作在電流斷續(xù)模式，那么會(huì)造成輸出電壓波形畸變，所以在SPWM控制方式中需加入額外偏置電流信號(hào)。這樣就造成濾波電感中始終有環(huán)流流過(guò)，系統(tǒng)效率較低。而采用無(wú)偏置電流半周期滯環(huán)電流控制方式能較理想地實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電感電流自然切換和半周運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)較高的開(kāi)關(guān)頻率和需要較小的濾波電感，很好的解決這個(gè)問(wèn)題。下面以無(wú)偏置電流半周期兩態(tài)滯環(huán)電流控制方式分析此

3、電路。           圖（1）主電路二 工作原理1兩態(tài)滯環(huán)電流控制方式原理是電流基準(zhǔn)（電壓誤差調(diào)節(jié)信號(hào)）和電感電流反饋信號(hào)相比得到電流誤差信號(hào)ie，電流誤差信號(hào)ie再經(jīng)滯環(huán)比較器得到PWM信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率管，控制電感電流在設(shè)定的環(huán)寬內(nèi)（±h）變化。當(dāng)電流誤差信號(hào)ie大于正環(huán)寬（+h）時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，電感電流減少；當(dāng)電流誤差信號(hào)ie小于負(fù)環(huán)寬（-h）時(shí)，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，電感電流增加；當(dāng)電流誤差信號(hào)ie在正負(fù)環(huán)寬內(nèi)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)維持前一狀態(tài)不變。就這樣一直調(diào)節(jié)下去，可以保證輸出跟隨輸入，并

4、且誤差在正負(fù)環(huán)寬內(nèi)。由于電流環(huán)的引入，使系統(tǒng)響應(yīng)加快、動(dòng)態(tài)性能好、系統(tǒng)穩(wěn)定性加強(qiáng)。所以流環(huán)控制得到廣泛的應(yīng)用。2雙BUCK半橋逆變器無(wú)偏置電流半周期兩態(tài)滯環(huán)電流控制調(diào)制過(guò)程如下（控制框圖如圖（2） 當(dāng)逆變器輸出電流為正向                                

5、60;                       （電感L1中有電流）時(shí)，S1、L1和D1調(diào)制工作，S2、D2不工作，L2中電流為零，使電感L1中的電流跟蹤電流給定信號(hào)，工作區(qū)間如圖（3）中的A、B區(qū)間；A區(qū)間電流電壓不同相，為能量回饋給輸入電源，而B(niǎo)區(qū)間電流電壓同相，為能量從輸入電源傳遞給負(fù)載。當(dāng)逆變器輸出電流為負(fù)向     

6、0;                                                  （電感

7、L2中有電流）時(shí)，S2、D2和L2調(diào)制工作，S1、D1不工作，L1中電流為零，使電感L2中的電流跟蹤電流給定信號(hào)，工作區(qū)間如圖（3）中C、D區(qū)間；C區(qū)間電流電壓不同相，為能量回饋給輸入電源，D區(qū)間電流電壓同相，為能量從輸入電源傳遞給負(fù)載。電流表達(dá)方為：                             

8、                                                   

9、;                         （1）                         &

10、#160;                                              圖（2）控制框圖    &#

11、160;                           圖（3）電壓和電感電流波形3下面簡(jiǎn)要說(shuō)明雙BUCK半橋逆變器工作原理假設(shè)電感L1=L2=L；C1=C2且很大，可把它們看成兩個(gè)恒壓源且電壓大小相等；開(kāi)關(guān)管S1，S2和二極管D1，D2均視為理想器件。工作過(guò)程如下（參照?qǐng)D（1）： 當(dāng)  時(shí)a. 模態(tài)1S1導(dǎo)通，S2關(guān)斷在

12、輸入電壓和輸出電壓作用下，電感L1中電流增加，變化率為：                                          （2）（其中） 此模態(tài)中，電感電流以 的

13、斜率上升。 b. 模態(tài)2S1關(guān)斷，S2關(guān)斷在輸入電壓和輸出電壓及D1導(dǎo)通作用下，電感L1中電流減少，變化率為：                        （3）此模態(tài)中，電感電流以 的斜率下降 當(dāng)  時(shí)：c. 模態(tài)3S2導(dǎo)通，S1關(guān)斷在輸入電壓和輸出電壓作用下，電感L2中電流減少，變化率為：    

14、60;                （4）此模態(tài)中，電感電流以的斜率下降d. 模態(tài)4S2關(guān)斷，S1關(guān)斷在輸入電壓和輸出電壓及D2導(dǎo)通作用下，電感L2中電流增加，變化率為：                        （5）4開(kāi)關(guān)頻率的計(jì)算下面以開(kāi)關(guān)管S1為研究對(duì)象進(jìn)行分析：設(shè) ，