CN1195348C - Dc/ac变换器及高频变压器传递低频电功率的方法 - Google Patents

Abstract

DC/AC变换器及高频变压器传递低频电功率的方法，其特点是以共用一个高频变压器(T₁)磁芯和副边的两个单端反激变换器为基础，由第一大功率MOS管(M₁)、第二大功率MOS管(M₂)控制实行逐个脉冲磁复位技术的SPWM逆变和由第三大功率MOS管(M₃)、第四大功率MOS管(M₄)控制实行双向高频整流、经电容(Cf)进行高频滤波后在负载(Z)上得到低频电功率输出。它省去了一级功率逆变器，简化结构，减小体积和重量，实现了电力电子设备的高频、高效和高功率密度。

Description

DC/AC变换器及高频变压器传递低频电功率的方法

一、技术领域

本发明涉及一种DC/AC变换器及高频变压器传递低频电功率的方法，属于电力电子技术领域。

二、背景技术

高频开关技术的发展，使工频变压器从许多领域中退了出来，但是，在需要隔离的UPS不间断电源，数码线性功率放大器，要求输出低频正弦波的DC/AC变换器等许多领域中，由于要输出低频率的正弦波电压，而高频变压器又不能直接传递低频率的电压电流，以至不得不保留了低频变压器，为了去掉又大又重的低频变压器，国内外的专家学者们都致力于寻找一种办法来攻克这一难关，如周代文、侯振程，《电力电子技术》1998(4)，49～59，一种新型不间断电源UPS电路探讨；熊雅红、陈道炼，《电力电子技术》2000(4)，10～12，新颖的双向功率流高频环节DC/AC逆变器和卢宗林、苏彦民，《电力电子技术》2000(1)，17～20，逆变电源变压器的特殊问题分析及设计等均有报导。其电流结构中两次使用了逆变器，一次是为了获得高频，以便利用高频变压器进行变压和隔离，第二次是为了获得工频正弦交流电压，其它的许许多多方法与此大同小异，都需要多用一级功率逆变器。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种DC/AC变换器及高频变压器传递低频电功率的方法，其特点是高频变压器同时完成变压、隔离、传递低频电功率的任务。

本发明的目的由以下技术措施实现

DC/AC变换器，其特点是以共用一个高频变压器T₁磁芯和副边的两个单端反激变换器为基础，由第一大功率MOS管M₁、第二大功率MOS管M₂控制实行逐个脉冲磁复位技术的SPWM逆变和由第三大功率MOS管M₃、第四大功率MOS管M₄控制实行双向高频整流，经电容Cf进行高频滤波后在负载Z上得到低频电功率输出。

在高频变压器T₁原边第一绕组N₁、第二绕组N₂分别与其控制极为G₁的第一大功率MOS管M₁及其控制极为G₂的第二大功率MOS管M₂构成低频正、负半周分时工作的单端反激变换器的原边，同时，N₁、N₂又互为对方的祛磁绕组，与MOS管中的反并二极管构成通路。在获取G₁、G₂信号时，令调制比 $m_a=\frac{V_{\sin }}{V_{\mathrm{cri}}}$ 不超过限值0.5，以使高频脉冲列的任一脉冲间隔足够大，使磁芯磁通在每一高频脉冲过后，下一个高频脉冲到来之前有足够的时间复位到零。

在高频变压器副边用其控制极为G₃的第三大功率MOS管M₃及其控制极为G₄的第四大功率MOS管M₄代替一般的反激变换器中的二极管，分别受G₃、G₄控制在低频交流的正半周和负半周导通，同时，借用对方管中的反并二极管作通道，实现双向高频整流，经电容Cf进行高频滤波后在负载Z上得到低频功率输出。

高频变压器传递低频电功率的方法：

a、把经过低频调制的SPWM高频脉冲列加到高频变压器原边，

b、同时采用逐个脉冲磁复位技术，使每个高频脉冲引起的磁芯磁通的增加都回复到零，避免低频磁化饱和，

c、在高频变压器副边进行双向高频整流、滤波，获得低频电功率输出。

本发明具有如下优点：

1.省去了一级功率逆变器。

2.简化结构，减小体积和重量，提高了效率。

3.实现了电力电子设备的高频、高效、高功率密度。

四、附图说明

图1为原理框图；

图2为控制原理图；

图3为电路回路原理图；

图4为主要波形图。

五、具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。

实施例：

在UPS电源中，把畜电池48V的直流电变换成220V、50Hz的交流电，高频变压器要传递50Hz的低频电功率，由图1～图4所示，把需要传递放大的低频信号(如50Hz正弦波信号)与高频三角波信号(如20KHz三角波信号)进行比较，得到单极性的SPWM信号G₁；把低频信号经过零比较器得到低频方波信号G₃；把低频信号反相后再与高频三角信号比较，得到与G₁相位差180°的单极性SPWM信号G₂；把低频信号反相后经过零比较器得到与G₃相位差180°的低频方波信号G₄。把G₁～G₄信号分别送到图3所示电路中的大功率MOS管M₁～M₄的控制极G₁～G₄进行SPWM逆变(由M₁、M₂完成)和双向高频整流(由M₃、M₄完成)，其工作原理是共用一个变压器磁芯和付边绕组N₃的两个单端反激变换，原边N₁、N₂绕组分别与G₁、G₂控制其通断的M₁、M₂构成按低频正、负半周分时工作的单端反激变换器的原边，同时，N₁、N₂又互为对方的祛磁绕组，与MOS管中的反并二极管构成通路。在获取G₁、G₂信号时，令调制比 $m_a=\frac{V_{\sin }}{V_{\mathrm{cri}}}$ 不超过限值0.5，以使高频脉冲列的任一脉冲间隔足够大，使磁芯磁通在每一高频脉冲过后，下一个高频脉冲到来之前有足够的时间复位到零。在付边，为实现双向高频整流，用二个场效应管代替一般的反激变换器中的二极管，分别受G₃、G₄控制在低频交流的正半周和负半周导通。同时，借用对方管中的反并联二极管作通道，实现双向高频整流，经Cf进行高频滤波后在负载Z上得到低频电功率50Hz、220V输出。

Claims (4)

1.DC/AC变换器，其特征在于该变换器是以共用一个高频变压器(T₁)磁芯和副边的两个单端反激变换器为基础，由第一大功率MOS管(M₁)、第二大功率MOS管(M₂)控制实行逐个脉冲磁复位技术的SPWM逆变和由第三大功率MOS管(M₃)、第四大功率MOS管(M₄)控制实行双向高频整流，经电容(Cf)进行高频滤波后在负载(Z)上得到低频电功率输出。

2.按照权利要求1所述DC/AC变换器，其中高频变压器(T₁)原边第一绕组(N₁)、第二绕组(N₂)分别与具有第一控制极(G₁)的第一大功率MOS管(M₁)及具有第二控制极(G₂)的第二大功率MOS管(M₂)构成低频正、负半周分时工作的单端反激变换器的原边，第一绕组(N₁)、第二绕组(N₂)又互为对方的祛磁绕组，与MOS管中的反并二极管构成通路。

3.按照权利要求1或2所述DC/AC变换器，其中高频变压器副边用具有第三控制极(G₃)的第三大功率MOS管(M₃)及具有第四控制极(G₄)的第四大功率MOS管(M₄)代替一般的反激变换器中的二极管，分别受第三控制极(G₃)、第四控制极(G₄)控制在低频交流的正半周和负半周导通，并与对方的体内反并二极管构成通路实现双向整流，经电容(Cf)滤波后在负载(Z)上输出低频电功率。

4.按照权利要求1所述DC/AC变换器的高频变压器传递低频电功率的方法，其特征在于：

把经过低频调制的SPWM高频脉冲列加到高频变压器原边；

采用逐个脉冲磁复位技术，使每个高频脉冲引起的磁芯磁通的增加都回复到零，避免低频磁化饱和；

在高频变压器副边进行双向高频整流、滤波，获得低频电功率输出。

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