一種串聯諧振逆變器控制方法的探討

0 引言

本文分析了移相PWM控制串聯諧振逆變器的實現。通過改變移相角來調節傳送給負載的功率，對功率MOSFET輸出電容的影響，提出了一種控制方案以確保功率器件在各種負載條件下實現ZVS，保證全橋拓撲結構中MOSFET的柔性切換，使開關頻率緊密地跟隨諧振頻率，使逆變器工作在功率因數接近1的準諧振狀態。

1 移相控制串聯諧振逆變器工作原理

全橋架構的串聯諧振逆變器如圖1所示。4個開關管S1～S4，分別以50％的占空比開通，其中S1及S4為基準臂開關，S2及S3為移相臂開關，每個橋臂上的功率管以180°的相位差開通與關斷，兩個橋臂開關的驅動信號之間相差一個相位角φ，控制時序如圖2所示。使輸出的正負交替電壓之間插入一個箝位到零點的電壓值，這樣只要改變相位角φ就可以相應改變輸出電壓的有效值，最終達到調節輸出功率的目的。當采用移相調功方法時，電路的工作頻率變化較小，具有良好的負載適應性。特別是當負載阻抗具有較高品質因數時，其調功范圍內頻率變化更小[1]。

圖1 串聯諧振逆變器主電路

當工作頻率在諧振頻率之上，即負載呈現感性狀態，負載電流io落后于準方波電壓vAB，如圖2所示。要實現功率管的零電壓開通，必須要有足夠的能量用來抽走將要開通的開關管的輸出電容上的電荷；并給同一橋臂要關斷的開關管的結電容充電。開關管輸出電容放電結束后二極管續流，此時給出驅動信號，開關管將在零電壓狀態開通。如果開關頻率緊跟諧振點頻率保持恒定，由于φ角的增大，負載電流在S3開通前變成正相，ZVS將不能實現。為了防止失去ZVS狀態，應確保開關管輸出電容的完全放電，所以控制器需要提高開關頻率，在S3開通前去獲得更大的負相負載電流。本系統利用了電路上的寄生元件，使得全橋架構中的4個開關器件都能運行于零電壓切換，不僅降低了切換損失與開關應力，也不象硬開關PWM那樣需要采用緩沖吸收電路[2]。

圖2 工作波形

2 移相控制串聯諧振逆變器的分析

系統的全橋架構等效電路如圖3所示。由圖3可知下列關系的存在：

負載因數Q=；

特征阻抗Zo=；

諧振頻率ω0=；

頻率標么值ωn=（ωs為開關頻率）。

圖3 等效電路