电源技术中的全桥逆变单极性SPWM控制方式过零点振荡的研究
摘要:单极性全桥逆变相对于双极性逆变损耗低,电磁干扰少,单极性SPWM更适用于逆变控制,但该控制方式存在一个过零点振荡。介绍了单极性逆变中的双边SPWM的控制方法,分析了这种控制方法在正弦波电压过零点附近的振荡现象,提出一种解决过零点振荡的方案,并经实验验证。关键词:全桥逆变;单极性;正弦波脉宽调制;过零点振荡0 引言 当前众多电源应用领域对交流电源的要求越来越高,传统的电网直接供电方式在很多场合已无法满足要求,因此,需要对电网或者其他能源处理后逆变输出。高质量的逆变电源已经成为电源技术的重要研究对象。全桥架构又是逆变器中非常重要的架构。全桥逆变控制方式主要分为双极性控制方式和单极性控制 电源技术中的全桥逆变是一种常见的电力转换技术,它在许多现代电源系统中扮演着关键角色。全桥逆变器采用四个开关元件(通常为IGBT或MOSFET)组成一个桥式结构,能够将直流电转换为交流电。全桥逆变器的控制方式主要有两种:双极性和单极性。 双极性控制方式中,对角的开关同步工作,上下管之间在除死区时间外为互补开关,虽然控制简单,但其开关损耗较高,且产生的电磁干扰大。相比之下,单极性控制方式具有更低的损耗和更小的电磁干扰,尤其适用于正弦波脉宽调制(SPWM)技术。单极性SPWM控制通过调整脉冲宽度来模拟正弦波形,以实现高效能的逆变输出。 然而,单极性控制方式存在一个显著的问题,即过零点振荡。当输出电压在零点附近变化时,由于控制环路的延迟,可能会导致开关元件的快速反复开关,产生振荡现象,这会降低输出波形的质量,增加开关损耗,甚至影响系统的稳定性。 单极性逆变控制又分为单边SPWM和双边SPWM两种。双边SPWM控制方法通过比较正弦载波和反相的三角调制波来生成开关信号,以实现更接近正弦波的输出。然而,在电压过零点时,由于误差信号的相位滞后,实际的SPWM波形与理想情况出现偏差,导致过零点振荡。 具体来说,过零点振荡问题主要体现在两个时间区间:一是从正半周期向负半周期转变的瞬间,误差信号滞后使得高频臂上管的实际占空比大于理论值,使得电压不能准确地在零点处切换;二是从正半周期过渡后的短暂时间内,由于误差信号持续为正,高频臂上管持续导通,使得输出无法按照正弦规律进行。 为了解决这个问题,研究者提出了一种解决方案,可能涉及到改进控制算法,如优化误差信号的处理,引入预测或补偿机制来减少相位滞后,或者调整死区时间以避免开关元件在过零点时同时导通。通过实验验证,这些改进措施可以有效地抑制过零点振荡,提高逆变器输出的波形质量和效率。 全桥逆变器的单极性SPWM控制方式虽然具有诸多优势,但过零点振荡问题不容忽视。通过深入理解和分析这一现象,以及采取相应的优化措施,可以进一步提升逆变电源的技术性能,满足更多高要求的电源应用需求。
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