高频链逆变电源的设计

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1、高频链逆变电源的设计

2、第1内容显示中lunin,ZhangJian-rong,BaiXiao-qingAbstract:Firstly,theadvantageofthehighfrequencylink(HFL)technologyisbrieflyintroduced.Secondly,maincircuitandcontrolschemeofthe1000VAHFLinverterpointhedesignisconsidered.Finally,theofthesimulationandexperimentsaregiventoprovetheinverterpoan

3、ce.Key2）。所以，当电压和铁心材料选定时，f与NS成反比，即f越大，NS越小，这样就可以达到减小变压器的体积和重量的目的。本文针对电气化铁路中广泛应用的25Hz逆变电源进行了高频链设计。2主电路的设计随着高频链技术的不断成熟，现在从结构上主要分为二类，即高频链DC/DC变换型和高频链周波变换型。高频链DC/DC变换型就是在传统逆变电源的直流侧和逆变器之间加入一级DC/DC变换器，由于DC/DC变换器采用的是高频变换，所以电路中使用的是高频变压器，这样就可以省掉体积庞大的工频变压器，其电路结构如图1（a）所示。虽然DC/DC变换型实现起来比较容易，但是存在功率只能单向流动

4、，负载不能向电源回馈能量；三级功率变换，既使得系统效率低，又使得系统复杂，从而降低了系统的可靠性等缺点。高频链周波变换型主要由高频电压源逆变器、高频变压器和周波变换器组成，其电路结构如图1(b)所示。与高频链DC/DC型相比，该逆变器实现逆变只经过两级功率变换，降低了变换器的通态损耗和系统的复杂性，提高了系统的效率和可靠性，而且功率可以实现双向流动。本文介绍高频链周波变换型的主电路设计。500)this.style.ouseg(this)">(a)高频链DC/DC变换型500)this.style.ouseg(this)">(b)高频链周波变换型图1两种高频链逆变电路具体实现

5、时，高频逆变器可以采用推挽式、半桥式和全桥式，周波变换器可以采用全波式、全桥式。考虑到输出电压和功率的设计要求，最终确定的电路结构如图2所示。图中，Ui为输入直流电压，S1、S2、S3、S4组成全桥逆变器，T为高频变压器，K1、K2、K3、K4是由2个反向串联的MOSFET组成的双向开关，共同组成全桥式周波变化器，L、C组成LC滤波器。500)this.style.ouseg(this)">图2主电路的电路结构3控制方法及其实现本文的高频链周波变换型采用移相控制方案，移相控制是近年来在全桥变换电路拓扑中广泛应用的一种控制方式。移相控制的基本工作原理为，全桥变换电路每一个桥臂的

6、两个开关管互补导通，两个桥臂的开关管导通之间相差一个相位，即所谓的移相角。通过调节此移相角的大小，来调节输出电压脉冲宽度，达到调节相应的输出电压的目的。系统工作原理如图3所示，输入的220V/50Hz交流市电经过整流滤波后变成300V左右的直流，然后经过全桥逆变器的高频逆变，输出25kHz相邻脉冲互为反极性的SP（正弦脉宽脉位调制）波，该波形含有SP波的全部信息，但不含25Hz调制波的频率成分，适合于高频变压器传输。SP波通过高频变压器隔离后，用周波变换器同步整流，把25Hz正半周时间内的负脉冲翻转成正脉冲，把25Hz负半周时间内的正脉冲翻转成负脉冲之后，将得到25Hz的单极

7、性SP波（如图3中uA′B′所示波形）。SP波通过LC滤波，则输出光滑的220V/25Hz的正弦交流电压。500)this.style.ouseg(this)">图3主电路的开关时序为了实现上述的移相控制策略，本文采用了用模拟电路实现PID调节，用数字电路CPLD（复杂可编程逻辑器件）来实现驱动信号的时序和逻辑控制的设计方法。这种方法使得整个控制器的集成度提高，可靠性增强，而且为控制电路的设计提供了一定的灵活性。整个控制环节分为内环和外环两条控制电路，内环为电压瞬时值比例（P）调节，外环为电压平均值的比例积分（PI）调节。由于内环响应速度快，可以改善电压的瞬时波动造成的波形畸

8、变，外环可以使整体的稳压的特性变硬，从而达到良好的稳压效果。具体实现上如图4所示，输出电压Uo经过反馈变压器变换得到反馈电压，再经过精密整流电路后，与5V的参考电压相减，得到的偏差进行PI调节，然后与基准正弦半波相乘得到内环瞬时电压偏差的正弦参考电压；内环的瞬时电压反馈信号经过比例环节后，与参考电压相减，得到误差信号，误差信号再经过P调节就直接与三角波比较，产正SP波，然后输入CPLD中，经过CPLD产生MOSFET的驱动信号，其中采用VHDL（硬件描述语言）编程来实现图4中虚框所示的功能——分频器、地