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脉宽调制整流电路简介

来源:    作者:    发布时间:2015-02-09 09:41:16    浏览量:

图5 三电平PWM整流电路

从上面的分析可以知道,单开关主电路拓朴结构的共同优点在于,控制结构简单,易于实现,且电源可靠性高;缺点在于其应用场合受到开关器件的影响,开关器件的耐压水平高低和开关频率的高低限制了这种电路的应用,其主要应用于中小功率的变频器或UPS电源。

与单开关结构的PWM整流器相比,多开关PWM整流电路的共同优点在于功率因数高,谐波失真小,可实现能量的双向流动,调节速度快,应用范围宽,主要应用于中大功率场合。缺点也很突出,诸如电路结构复杂,控制难度大,而且需要检测和控制的点较多,提高了控制成本;器件的增多也降低了系统的可靠性。但由于其性能指标要高于单开关结构的PWM整流器,且可实现能量的双向流动,是很有发展前途的拓朴结构。

3 控制方式

控制技术是PWM高频整流器发展的关键。要使PWM整流器工作时达到单位功率因数,必须对电流进行控制,保证其为正弦且与电压同相或反相。根据有没有引入电流反馈可以将这些控制方法分为两大类:引入交流电流反馈的称为直接电流控制(DCC);没有引入交流电流反馈的称为间接电流控制,间接电流控制也称为相位幅值控制(PAC)。

3.1 间接电流控制

间接电流控制就是通过控制PWM整流器的交流输入端电压,实现对输入电流的控制。这种控制方法没有引入交流电流控制信号,而是通过控制输入端电压间接控制输入电流,故称间接电流控制。又因其直接控制量为电压,所以又称为相位幅值控制。其原理图如图6所示。

差模电感器

图6 间接电流控制框图

间接电流控制引入一个电压环,由电压环得到一个与整流电路输出功率相匹配的输入电流幅值给定。再经过两个乘法器转换成输入电流的有功分量ip和无功分量iq,分别经R和ωL环节后转换成电压信号再与电源电压相减后,便得到给定电压调制信号,最后与三角波比较产生控制用的PWM信号,控制主电路的工作。这种控制方式的电路简单,但由于缺少了电流环,响应速度受磁环电感到一定程度的影响;另外,用到了电路参数RL,电路参数与给定参数一致性较差,也会影响控制的精度。

3.2 直接电流控制

与间接电流控制相反,在控制电路中引入交流输入电流反馈信号,对输入电流进行直接控制,称为直接电流控制。根据电流跟踪方法的不同,直接电流控制可分为滞环电流比较法控制、定时瞬时电流比较法控制和三角波电流比较法控制等。

3.2.1 滞环电流比较法控制

图7所示为滞环电流比较法控制的原理图。以其中A相进行说明,基本工作原理是电压调节器输出与和电源电压同相位的单位正弦信号相乘得到A相电流参考信号iA*,iA*再与检测到的A相电流信号iA比较,经过滞环产生PWM调制波,对各开关器件进行控制,达到控制电流与电压完全同相或反相的目的。

图7 滞环电流比较法控制原理图

滞环电流比较法控制实现很方便,控制简单,且控制误差可由滞环宽度调节,若设计合适可达到较高的控制精度,故实际应用较广。在使用中,器件开关频率取决于滞环宽度,导致器件一体成型电感的开关频率较大,造成器件选择较难且滤波器的设计复杂。

3.2.2 定时瞬时电流比较法控制

图8所示为定时瞬时电流比较法控制的原理图。定时瞬时电流比较法控制与滞环电流比较法控制类似,都包括电压、电流反馈且PWM调制波产生方法也相同。不同之处是,引入时钟信一体成型电感器号定时将反馈电流与指令电流进行比较,产生PWM调制波控制开关器件的通断,保证电压、电流的同相位,且器件的开关频率固定。

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