高频脉宽调制技术在逆变器中的应用

将HPWM软开关技术应用于逆变器，在不增加任何辅助电路的基础上实现了功率管的ZVS通断。HPWM软开关方式逆变器电路控制简单，基本不增加功率管的附加应力，且开通损耗大大减少，具有可靠性和效率均高的优点。分析了方案的工作原理以及实现ZVS的条件。同时指出方案存在的问题和解决办法。研制的工作频率50kHz，1000VA的逆变器证明方案的可行性。     

基于电动汽车无线充电的宽负载范围逆变器

电动汽车无线充电系统会工作在重载、轻载和空载等多种工况,因此其逆变器需要满足宽负载范围内的零电压开关(ZVS)要求。电动汽车无线充电系统一般采用移相全桥逆变器,而传统的移相全桥逆变器存在滞后臂难以实现ZVS的问题,无法满足宽负载工作范围的要求。该文采用带辅助网络的电流增强型全桥逆变器拓扑,对电动汽车无线充电系统的宽输出范围逆变器进行设计,通过分析实际系统中的电压/电流尖峰产生机理,采用相应的尖峰抑制措施,搭建了宽范围输出的逆变器硬件系统,实验结果表明在系统重载、轻载和空载状态下,逆变器均能实现ZVS软开关。     

一种双辅助谐振极型三相软开关逆变器的研究

针对辅助谐振变换极型逆变器在实际应用中辅助开关管难以实现零电压关断(zero voltage switch,ZVS)这一问题,在一种改进型谐振极逆变器回路拓扑的基础上提出一种双辅助谐振极型软开关逆变器回路拓扑及调制策略。它不仅具有以前讨论过的辅助谐振极逆变器的所有优点,而且可有效避免因回路配线形态所带来的回路寄生电感和寄生电容对辅助开关管的ZVS关断所造成的影响,确保辅助开关管可靠的实现ZVS关断。在所提调制策略下,根据不同工作模式下的等效电路图,分析该逆变器的工作原理、软开关实现条件及参数设计方法。最后使用绝缘栅双极型晶体管作为开关器件制作一台10 kW、16 kHz 样机,通过实验验证该逆变器的有效性。     

一种软开关PWM逆变器的ZVS条件分析

针对目前多数的软开关逆变器拓扑结构中都设置了辅助开关器件来控制谐振过程,导致控制复杂这一问题,提出了一种新型的软开关PWM逆变器,用常规的SPWM能实现开关器件的ZVS,但是当调制度较大时,为实现ZVS,需要限制触发脉冲的最小宽度,这将会导致逆变器输出电流的畸变率变大.为解决这一问题,文中详细分析了实现ZVS的条件,介绍了一种通过选取合适的谐振电感值和耦合电感值,来取消最小触发脉冲宽度限制的方法.仿真和实验结果表明不限制触发脉冲的最小宽度,通过选取合适的电感参数值,开关器件也可以做到关断损耗为零.该软开关PWM逆变器可以有效地减小关断损耗,提高效率.     

基于HPWM调制技术的车载逆变器设计

介绍HPWM调制技术工作原理,并基于HPWM调制技术设计了纯模拟控制的大功率车载逆变器。该车载逆变器采用了DC/DC和DC/AC两级变换结构,并且此逆变电源采用了纯模拟方案。阐述了基于HPWM调制技术的车载逆变器的工作原理,给出了实现后级ZVS的条件,对两级变换电路设计进行了详细介绍。实验结果表明,此逆变电源设计合理、运行稳定可靠。     

基于DSP的双极性双调制波高频链逆变器实现

研究了电压型高频链逆变器的拓扑及控制方式。选用了全桥全波式高频链逆变器作为主电路,采用双极性双调制波控制方案解决双向电压型高频链逆变器的固有电压过冲问题。理论分析了电路拓扑和控制策略的合理性和变换器开关器件实现软开关的可行性。设计了基于双极性双调制波控制的软件程序及数字PI控制器算法的TMS320F2812的闭环控制系统。实验结果表明,高频逆变桥开关管实现了ZVS开通,周波变换器开关管实现了ZCS关断,高频链逆变器输出高质量的正弦波电压,证明了基于DSP控制的双极性双调制波控制模式的高频链逆变器可行性。     

双向电压源高频逆变器的单极性移相控制策略

对于双向电压源高频逆变器的控制问题,提出了一种新型的单极性移相控制策略,即采用单极性单调制波的控制,高频变压器直流偏磁受到抑制,磁芯利用率高。阐述了全桥全波式高频逆变器主电路拓扑的工作原理,应用该策略可以实现变压器漏感能量和输出滤波电感电流的自然换流,周波变换器功率开关的ZVS工作。详细分析了逆变器在一个高频开关周期内的10个工作模态电路,讨论了关键电路参数的设计原则。进行了MTLAB仿真分析,其结果表明,该控制策略实现了功率双向流动,变换效率高,周波变换器实现了ZVS换流,输出正弦电压波的正负对称性好,且易于工程实现。     

大功率软斩波功率调节并联谐振感应加热电源

简述了一种采用全控型器件研制的大功率并联负载谐振式感应加热电源。该电源既采用了新型有源无损软开关Buck电路作为直流斩波功率调节环节,又采用了定角锁相环的逆变器控制方案,实现了并联负载谐振逆变器的ZVS。使其主电路中所有的全控型器件全面软开关化,降低了功率器件的开关损耗,提高了高整机效率;改善了EMI整个电路的EMC性能;实现了逆变电路小容性状态的保持。输出功率因数接近于1。     

高频脉冲交流环节逆变器控制策略的研究

为克服高频脉冲交流环节逆变器存在的电压过冲现象．本文提出和研究了单极性、双极性移相控制策略。两类控制策略可分别使得逆变器功率器件实现ZVS或ZVZCS软开关。仿真和实验结果表明了控制策略的可行性。     

交错并联反激式准单级光伏并网微逆变器

独立光伏组件的微型逆变器能有效克服传统光伏系统存在的阴影问题。详尽介绍了某型准单级式交错并联微逆变器的设计、分析及其控制策略。该微型逆变器基于高频环节逆变技术,有效实现了初、次级电气隔离,解决了漏电流问题;采用有源箝位技术吸收漏感能量,实现了开关管的零电压开关(ZVS);采用变步长的扰动观察法实现最大功率点跟踪(MPPT),输入电压前馈方法可解决准单级式微逆母线电压崩溃问题。220 W样机实验验证了该方案及控制策略的可行性,整机MPPT效率为99.5%,最高效率达到95%。     

Zero-voltage-switching PWM inverter for high-frequency DC-AC powerconversion

A zero-voltage-switching (ZVS) three-phase pulse width modulated (PWM) inverter which uses a parallel-resonant DC-link (PRDCL) circuit proposed by J. He and N. Mohan (1989) is examined. The PRDCL circuit is aimed at both providing zero-DC link voltage periods for PWM inverter switchings and imposing minimum DC bus voltage stress to PWM inverters. A simple circuit control scheme and the design formulas are offered. To confirm the circuit theoretical analyses and results, a 50 W ZVS single-phase PWM inverter experimental prototype using the proposed PRDCL circuit was fabricated and tested. The test results have proved the proposed circuit and concept. Power device selections and device stress evaluations are described. A detailed comparison of the proposed PRDCL ZVS inverter system with conventional voltage source PWM inverters is discussed     

An optimum modulation strategy for a novel "notch" commutated 3-/spl Phi/ PWM inverter

The introduction of soft switching features in medium power static converters promises improved semiconductor utilization and higher switching frequencies. In this paper a DC-side commutated zero voltage switching (ZVS) PWM 3-/spl Phi/ VSI topology is discussed. This topology consists of a typical six-switch bridge with the addition of a simple DC bus commutating subcircuit which can provide, on demand, the necessary soft switching zero-volts interval across the inverter DC bus. The objective of this paper is to identify a specific PWM technique which, in combination with the proposed ZVS scheme, can provide optimum overall converter switching performance. Moreover, the combination of the inverter topology and the modulation strategy proposed here yields a soft switching environment at the lowest possible switching frequency. Reduction in switching losses is further enhanced by increasing the effective and reducing the actual switching frequency. Finally, this paper includes a detailed analysis and design procedure for the proposed notch commutated inverter topology. Simulation and experimental results are also presented to verify key predicted results.<>     

Quasi-resonant inverter-fed direct torque controlled induction motor drive

A quasi-resonant inverter-fed induction motor operated under direct torque control (DTC) scheme is modeled and analyzed with SABER simulator. The dc link voltage is clamped to source voltage. All the devices in the resonant link and inverter except auxiliary switch in the resonant link are operated soft under zero-voltage switching (ZVS). The auxiliary switch is turned on under zero-current switching (ZCS), but turned off hard. This scheme has been implemented on a laboratory-sized experimental setup. A comparison of simulation and experimental results under identical operating conditions were presented.     

新型谐振直流环节软开关逆变器

为了提高开关变换器的效率和增强性能,提出了一种新的谐振直流环节软开关电压源逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,使直流环节电压周期性出现零电压凹槽,实现逆变桥开关器件在零电压条件下的切换,减小了开关损耗和二极管的反向恢复损耗。同时,辅助谐振单元的开关也为零电流或零电压条件下的软开关操作。详细阐述了该软开关逆变器拓扑的工作原理和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。最后,对提出的新型软开关逆变器驱动三相R-L负载进行了仿真研究,仿真结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

一种新型无刷直流电机谐振极软开关逆变器

永磁无刷直流电机具有高功率密度、高转矩/电流比和控制简单等优势,得到了广泛应用。然而,无刷直流电机通常采用硬开关逆变器驱动,硬开关逆变器的系统效率较低,散热器的体积和重量较大,限制了大功率无刷直流电机驱动系统功率密度和性能的进一步提升。针对硬开关逆变器问题,提出了一种无刷直流电机专用的谐振极软开关电压源逆变器。通过在传统硬开关逆变器的三相输出端添加辅助谐振网络,实现了逆变桥主开关器件的零电压(ZVS)开关动作,辅助双向开关在零电流开关(ZCS)条件开通和关断。针对新型软开关逆变器,提出了一种新的脉宽调制(PWM)控制策略——TPWM TON,逆变桥上下侧开关器件轮流进行PWM调制,保持了直流母线中点电位的平衡,且使主开关和辅助开关的开关频率降到PWM调制频率的一半。对提出的软开关逆变器进行了实验研究,实验结果验证了电路结构、理论分析和控制策略的正确性与可行性。     

单相控制型软开关逆变器的最小复位电流控制

基于电感电流临界导通模式(critical conduction mode, CRM)的控制型软开关技术可实现开关管零电压开通(zero voltage switching, ZVS),但传统恒定电流复位方法的反向电流大,开关管通态损耗高。文中以单相三电平中点箝位型(three-level neutral point clamped, 3L-NPC)逆变器为研究对象,提出一种具有最小电感复位电流的控制方法。首先,分析开关管ZVS的实现条件,建立谐振等效电路分析模型,推导出电感复位电流理论最小值,在保证整个工频周期内开关管ZVS的同时,降低复位电流导致的开关管通态损耗。然后,建立逆变器损耗分析模型,将文中方法与传统恒定电流复位方法进行损耗计算与对比。最后,搭建一台1 kW的单相3L-NPC逆变器样机进行实验,结果表明文中方法相比于传统恒定电流复位方法,降低了损耗,最高变换效率提升约0.5个百分点。     

一种新颖的零电压开关谐振直流环节逆变器的电路分析

作者曾提出过一种新颖的零电压开关谐振直流环节逆变器 ,就该逆变器的动作模式及主电路的电压、电流的瞬态过程进行了分析 ,并给出了仿真研究结果     

高功率密度碳化硅MOSFET软开关三相逆变器损耗分析

相比硅IGBT,碳化硅MOSFET拥有更快的开关速度和更低的开关损耗。碳化硅MOSFET应用于高开关频率场合时其开关损耗随着开关频率的增加亦快速增长。为进一步提升碳化硅MOSFET逆变器的功率密度,探讨了采用软开关技术的碳化硅MOSFET逆变器。比较了不同开关频率下的零电压开关三相逆变器及硬开关三相逆变器的损耗分布和关键无源元件的体积,讨论了逆变器效率和关键无源元件体积与开关频率之间的关系。随着开关频率从数十kHz逐渐提升至数百kHz,软开关逆变器不仅能够维持较高的转换效率,还能取得更高的功率密度。最后,在1台9 kW软开关三相逆变器和1台9 kW硬开关逆变器上进行了实验验证。     

用于方波无刷电动机驱动的新型三相逆变器

针对由MOSFET组成的传统三相逆变器存在高开通损耗、高du/dt、高噪声以及高EMI等问题,提出了一种应用于永磁方波电动机驱动的三相软开关逆变器拓扑电路。依据软开关逆变理论,采用在传统三相全桥逆变电路的基础上增加辅助网络的方法,实现了三相逆变器的零电压开通。分析了软开关逆变器的工作原理,并以FPGA为主芯片,设计了基于新型逆变器的150W永磁方波无刷电动机数字控制系统。实验结果表明,新型逆变器实现了零电压开通,克服了大开通损耗、大du/dt、大噪声以及强EMI等缺点,证明了数字控制系统的正确性。