高频直流脉冲环节静止变流器研究

摘要：文章提出了高频直流脉冲环节静止变流器电路拓扑，对这种电路拓扑及其控制原理作了详细的理论分析，并对几个关键问题进行了讨论。试验结果证实了这种电路拓扑的可行性。关键词：静止变流器高频脉冲直流环节有源箝位一体化软开关技术三态离散脉冲调制

Research on Static Inverter with High Frequency Pulse DC Link

Abstract:A new combined soft－ switching technique and a novel topology of static inverter with high frequency pulse dc link are proposed in this paper,namely an electrical isolated converter can realize soft－ switching of two－ stage cascade converters.It lays the technical foundation on high power density,high efficiency and low cost static inverter.The operation and design approach of this topology are carefully analyzed and studied in this paper.The validity of this topology is verified by the test.

Keywords:Static inverter High frequency pulse DC link Active clamp circuit Combined soft－switching technique Three state discrete pulse modulation

1引言

　　静止变流器是应用功率半导体器件，将主电源直流电变换成恒压恒频交流电的电气装置。对于交流用电负载与主直流电源共地的场合，静止变流器输出与输入之间必须有变压器电气隔离。本文提出了新颖的高频直流脉冲环节静止变流器电路结构，如图1所示。这种电路结构，由具有高频电气隔离、吸收交流侧回馈无功能量和输出高频脉冲波等多功能一体化软开关PWMDC/DC变换器MISSC与DC/AC逆变器级联而成，具有电路结构简洁、体积重量小、效率高、成本低等优点。MISSC变换器不但实现了DC/DC变换器的软开关，而且还为DC/AC逆变器实现软开关创造了条件。

2电路拓扑

　　图1所示静止变流器电路结构的创新之处在于，提出了多功能一体化PWMDC/DC变换器新概念。多功能一体化PWMDC/DC变换器族主要有三个功能：①输入输出电气隔离；②吸收DC/AC逆变器交流侧回馈的无功能量；③输出符合DC/AC逆变器要求的高频脉冲电压波udo，为逆变桥功率开关在udo过零时切换实现ZVS开关创造了条件。

图1新颖的高频直流脉冲环节静止变流器电路结构

基于这一思想，在传统的电气隔离DC/DC变换器族中去除输出LC滤波器，输出端再加上逆变器交流侧回馈无功能量吸收电路（由有源开关Sr和储能电容Cr串联构成），便可获得多功能一体化PWMDC/DC变换器。

考虑到输入电压Ui为低压（27V或48V）且变化范围宽，选定并联交错有源箝位正激式MISSC变换器作为前置级，其输出高频脉冲电压波的占空比2D>0.5，输入输出波形频率为开关频率的二倍，同时又具备正激Forward变换器的优点。图2示出了这一新颖的电路拓扑。

（a）原理图(b)波形图图3电流瞬时值反馈DC/AC逆变器控制原理

图4三态DPM电流滞环跟踪控制原理

图2高频直流脉冲环节静止变流器电路拓扑

图2所示电路，Sc与Cc串联接在高频变压器原边绕组两端，构成正激变换器的有源箝位支路，为变压器在功率开关S关断后提供磁复位路径，实现了功率开关的电压箝位和变压器的双向磁化，功率开关S、箝位开关Sc实现了ZVS开关。当MISSC变换器输出相同的高频脉冲电压波平均值

　　Udo.arg=N22DUi/N1(1)

时，占空比D增大，高频脉冲电压波幅值Ui·N2/N1便降低，从而降低了逆变桥四个功率开关S1、S2、S3、S4的电压应力。这正是选用并联交错正激式多功能一体化PWMDC/DC变换器（占空比2D=0.5～0.9）作为前置级的根本原因。

3控制原理

3.1MISSC变换器控制原理

　　新颖的静止变流器电路拓扑，由并联交错有源箝位正激式MISSC变换器和DC/AC逆变器级联而成，各自构成闭环回路。这种电路拓扑继承了谐振直流环节逆变器RDCLI的思想。前级电路拓朴较复杂，且不存在输出滤波器，不是完整的软开关PWMDC/DC变换器，为后级提供平均值恒定的高频脉冲电压波，只能采用电压型PWM控制技术（因为其提供的输出电流大小是按照DC/AC逆变器所需的正弦规律分布的）；后级电路拓朴简洁，逆变桥功率器件可实现完全的ZVS开关。

3.2DC/AC逆变器控制原理

　　DC/AC逆变器采用电流瞬时值反馈技术的脉宽调制方案，如图3所示。快速电流检测元件将检测到的滤波电感电流信号if送到滞环比较器同相输入端，给定信号ig加在其反相输入端。滞环比较器输出通过逻辑延时、分相和驱动电路来驱动控制逆变桥功率开关。

为了减小滤波电感电流iLf脉动量，改善输出电压波形，应该采用单极性调制而不用双极性调制。本文研究的静止变流器，DC/