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时间:2018-10-28
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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
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