詳解串聯諧振單相全橋逆變器常用的控制方法

脈寬加頻率調制方法

針對上述控制方法的優缺點，一些復合型控制方法的研究日益引起重視，脈寬加頻率調制方法就是一種較好的控制方法。

在一般的逆變器中，常用的移相PWM方法的工作頻率是固定的，不需考慮負載在不同工作頻率下的特性。而在串聯諧振感應加熱電源中使用移相PWM方法時，則要求其工作頻率必須始終跟蹤負載的諧振頻率，通常使某一橋臂的驅動脈沖信號與輸出電流的相位保持一致，而另外一個橋臂的驅動脈沖信號與輸出電流的相位則可以調節。圖4和圖5中，S1和S4驅動信號互補，S2和S3驅動脈沖信號互補，S1驅動信號相位與負載電流的相位保持相同，而S3的驅動脈沖與S1的驅動脈沖信號之間的相位差β在0°～180°范圍內可調，調節β就可以調節輸出電壓的占空比，即調節輸出功率。

根據輸出電壓和輸出電流的不同相位關系，有2種PWM調節方式：升頻式PWM和降頻式PWM.

圖4升頻式PWM

圖5降頻式PWM

1、升頻式

在圖4中，為保證滯后臂（S1，S4）觸發信號前沿同電流信號同相，角頻率須根據移相角β的大小改變。即在通過調節移相角β調節功率的同時改變頻率f.在β調節過程中，在增大輸出脈沖寬度的同時，將引起輸出電壓相對于輸出電流的相位不斷減小并滯后于輸出電流，這說明輸出頻率也在不斷升高，因此稱這種調制方式為升頻式PWM.這時S1、S4管各導通180°，已經實現ZCS.超前臂S2，S3在大電流下開通，D2，D3在大電流下關斷因而有反向恢服。通過在S2、S3臂上串聯電感也可實現ZCS.，這種方法適用于有關斷尾部電流、關斷損耗占主導的雙極型器件，如IGBT，SIT，MCT等。同時應注意電路布局減小分布電感，以減小二極管反向恢復帶來的電壓尖峰。

輸出功率為P=cos4

2、降頻式

在圖5中，調節β在增大輸出脈沖寬度的同時，將引起輸出電壓相對于輸出電流的相位不斷減小，使相位差減小，這說明輸出頻率在不斷降低，因此稱這種方式為降頻式PWM.

在這種方式下，二極管D2，D3均自然過零關斷，D1，D4不導通，沒有二極管反向恢復所帶來的問題。S1、S4在零電流下開關（ZCS），S2、S3在大電流下關斷。通過在S2、S3上并聯電容即可實現ZVS.這種方法適和高頻電源和內建反并聯二極管反向恢復問題比較嚴重的器件，如MOSFET等。可避免二極管反向恢復所帶來的電流尖峰和器件的損耗增加。

為保證超前臂觸發信號前沿同電流信號同相，角頻率為ω0=

輸出功率為P=cos4

由以上分析可知，無論是升頻式PWM，還是降頻式PWM，兩者有一個共同的特點，即在調節輸出電壓脈寬的同時，也改變了負載的工作頻率。故稱之為脈寬加頻率調制方法。

結語

本文較詳細地討論了常用的串聯諧振單相全橋逆變器的功率和頻率控制方法，以及各種方法的優缺點，同時對脈寬加頻率調制的方法進行了較深入的討論，設計者可以根據負載的不同要求及不同的應用場合采用不同的控制方法。