高頻變壓器傳遞低頻電功率技術的研究

設vt1、vt2與vc的交點分別在t=t1和t=t2，則

Vsinsinω1t1=2Vtrifs[t1－(n－1)Ts]（1）

Vsinsinω1t2=－2Vtrifs[t2－nTs]（2）

由式（1）、式（2）可以得到Doff=1－masin（3）Don=masin（4）

圖7等效電路圖

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高頻變壓器傳遞低頻電功率技術的研究

圖9V1、V2功率管上電壓波形

圖10V1、V2功率管上電流波形

圖11實驗輸出電壓波形

式中：Doff=為斷開占空比，toff=t2－t1為斷開時間；Don=為接通占空比。
式（4）表明，在幅度調制比ma保持恒定時，SPWM高頻脈沖的占空比Don以基波頻率（調制頻率）且無相位差地按正弦規律變化。欲使磁芯復位，由變壓器磁芯的伏秒平衡規律要求有（忽略管壓降）[3]VccDonvoDoff(5)

式中：Vcc為加在變壓器原邊繞組上的輸入直流電壓；

vo為變壓器副邊輸出電壓。

以式（3）、式（4）及vo=Vosinω1t代入式（5）得ma(6)由式（4）知，當sin=1時，該脈沖具有此SPWM脈沖列中最大的占空比Don，若此時Doff滿足磁復位要求，則該列SPWM脈沖均滿足逐個脈沖磁復位要求。因此，由式(6)知當ma=(7)

時變壓器磁芯就可實現逐個脈沖磁復位。 3試驗及仿真結果

為驗證本電路原理，作了以下仿真和試驗：輸入直流電壓36V；輸出交流電壓為24V；變壓器變比為1:1；低頻信號為50Hz正弦波；載波信號15kHz三角波；幅度調制比ma=0.5；功率開關管采用IRF460；開關頻率15kHz；輸出端高頻濾波電容Cf=5μF；負載Zl=200Ω。

圖9、圖10為PSPICE仿真結果。

此時電路最大占空比為0.5，當V1關斷，V2體內的二極管D2開通，與N2形成通路，有電流Id(V2)，完成漏感儲能的回饋，并鉗位Vds(V1)至2U。在低頻正半周單個高電平脈沖加在開關管V1上時，其電流Id(V1)從零電流開始上升，且波形平滑，說明變壓器磁芯磁通已回復到零，且激磁電流未達到飽和電流。 按照與仿真相同的參數作實驗有圖11所示輸出電壓波形。

4結語

提出了一種新穎的DC/AC功率傳輸電路拓撲，介紹了它的工作原理，并對高頻變壓器實現逐個脈沖磁復位的要求進行了數學證明。試驗和仿真結果證明這種電路拓撲能較好地完成對低頻功率的傳遞、放大，具有結構簡單、體積小、重量輕等優點，可廣泛應用于UPS、航空電源、正弦波逆變器、數碼線性功率放大器等工程技術領域。