推挽正激式高频环节逆变器研究(2)

图 5.4阻性负载时系统外特性.................................................................................55

图 5.5阻性负载时系统效率曲线.............................................................................55

表 4.1 PM62×49磁芯尺寸.....................................................................................................45 表 5.1输入电压为额定值27VDC时的试验数据...............................................................54

VI

南京航空航天大学硕士学位论文

注 释 表

一、缩略词及其名称 略写 英文全称 中文名称

直流

交流

不间断电源

脉冲宽度调制

正弦脉冲宽度调制

功率场效应管

零电压开通

电磁干扰

比例－积分

总谐波畸变度 Current Current UPS SPWM MOSFET EMI THD Uninterruptible Power System Sinusoidal Pulse Width Modulation Metal Oxide Semiconductor Field Transistor Electro Magnetic Interference Total Harmonic Distortion Width Modulation Voltage Switching Integral

二、基本符号及其意义 基本符号

Φ

D

Ts

Ton

Lm

µ

D1～D4

Cr

N1～N3

iin

ur

uc 意义 磁通变化量 占空比 开关周期 开关管导通时间 变压器激磁电感 磁导率 穿透深度 功率二极管 吸收电容 变压器绕组 输入电流 电压基准信号 载波电压信号 基本符号 B H fs Toff Lσ η S1～S7 Cc Cf Ui uof ue iLf 意义 磁感应强度变化量 磁场强度 开关频率 开关管关断时间 变压器漏感 变换效率 功率开关管 箝位电容 输出滤波电容 输入电压 输出电压反馈信号 电压误差信号 电流反馈信号

VII

承诺书

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

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南京航空航天大学硕士学位论文

第一章 绪 论

随着电力电子技术的发展，逆变技术已经广泛的应用于航空、航天、航海、电力、交通、通讯和新能源等领域。这些领域对逆变器性能的要求也越来越高。提高逆变器的开关频率可以减小滤波器体积和重量，提高逆变器性能，因此高频环节逆变器得到了发展。但是随着应用领域对逆变器性能要求越来越高，过高的开关频率带来了逆变器的高的开关损耗导致逆变器效率降低。因此高频逆变器的软开关技术得到了重视和发展。高频脉冲直流环节逆变器因可以实现逆变器的软开关而不增加电路拓扑的复杂性得到了重视和研究。

1.1 逆变技术的应用

逆变技术就是通过半导体功率开关管把直流电能变换成交流电能，是一种电能变换技术。在我们的周围，越来越多的各种用电设备，它们或者直接由50Hz 交流电供电，或者由交流电变换的各种不同电压的直流电及直流电再次变换的交流电供电。据统计在发达国家，电能已有40%经过各种变换处理，而到2010年，将有80%的电能需要经过电力电子技术的变换器处理再应用[1]。这其中就包括将直流电转换为交流电的逆变技术。因此逆变技术在节约电能方面占有重要的位置。

随着石油、煤和天然气等主要能源日益紧张，风能、太阳能和燃料电池等新能源的开发和利用越来越得到人们的重视。逆变技术能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等新能源转化出来的直流电能变换成交流电能供负载使用，当新能源功率较大时还可以发电与电网并联。因此，逆变技术在新能源的开发和利用领域有着重要的地位[2]。

另一方面，随着信息技术及Internet的飞速发展，信息化和网络化建设步伐加快，数据安全日益成为各行业普遍关注问题，对电源可靠性的要求也越来越高，相应对不间断供电设备(UPS)的需求也正不断增加。逆变器是实现UPS的重要技术，要提高UPS的性能，就需要对如何提高逆变器的性能做进一步的研究。总之，逆变技术的具体应用领域主要是[1]：

（1）以直流发电机、蓄电池为主直流电源的二次电能逆变场合。如航空静止变流器（27V或270VDC/115V400HzAC）、通讯逆变器(48VDC/220V50HzAC)

1

推挽正激式高频环节逆变器研究

等；

（2）不间断交流电源的供电场合；

（3）太阳能、风能等可再生能源的发电并网场合；

（4）交流电机的运动控制场合。

1.2 逆变器的发展

早期传统的逆变技术通常在逆变器和输出之间加入一级工频变压器来进行电气隔离和电压调整。这种技术也称之为低频逆变技术。这种逆变技术结构简单，技术成熟，但是用来实现电气隔离和调压功能的工频变压器使得传统的低频逆变器体积和重量都比较大。

为克服传统低频逆变器的缺点，Mr．ESPELAGE于1977年提出了高频环节逆变器。高频环节逆变器具有逆变器体积重量小，噪音小，输出电压品质好等优点，是现代逆变器发展的方向。但是高频环节逆变器的功率管高频开关带来了较高的开关损耗和电磁干扰。如何减小高频逆变器功率管高频开关带来的开关损耗和电磁干扰是现在逆变技术的研究热点。在美国等西方发达国家对逆变器的研究较早，研究水平也比较高，不断发展出新一代的功率器件和材料，工艺方面正向表面贴装、二次集成等方向发展。在控制方面正向多环控制、数字控制等方向发展，并采用高频软开关技术。逆变器正在向高功率密度、高变换效率、高可靠性、低噪音和智能化等方面发展。随着微处理器的发展，数字化控制技术正因控制简单、灵活、输出性能更加稳定而成为逆变器研究领域的又一热点。

因此，DC/AC 逆变器电路拓扑的发展经历了传统的低频逆变技术和高频环节逆变技术两个阶段。近年来，为了解决高频环节逆变器中功率器件高频开关带来的功率损耗和电磁干扰，高频环节逆变器的软开关技术得到很大发展[1][2]。

1.2.1传统的低频逆变器

传统的低频逆变器，包括方波逆变器、阶梯波合成逆变器、脉宽调制逆变器等。传统的低频逆变器电路结构如图1.1所示。该电路由工频或高频逆变器、工频变压器以及输入、输出滤波器构成。他们的共同点是：用来实现电气隔离和调整电压比的变压器的工作频率等于输出电压频率，其体积大、重量大、音频噪音也大，但结构简单，逆变效率较高。传统的低频逆变器主要有方波逆变器、阶梯波合成逆变器和脉宽调制逆变器。

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南京航空航天大学硕士学位论文

直流电源 输入滤波器 工频或高频逆变器 工频变压器 输出滤波器 交流负载

图 1.1传统的低频逆变器电路结构图

1．方波逆变器：方波逆变器的输出电压滤波之前为方波，是最简单、发展最早的一种逆变器。其电路拓扑主要有推挽式、半桥式和全桥式三种。

2．阶梯波合成逆变器：为了减小方波逆变器输出波形的谐波含量，可以将多个方波逆变器移相叠加，构成阶梯波合成逆变器。阶梯波的阶高按正弦规律 …… 此处隐藏：3026字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……