一款高頻輸出不對稱半橋逆變器的誕生

引言

近年來提出了一種新的高頻輸配電系統HFPDS(High frequency power distribution system)，與傳統的直流配電系統不同的是，HFPDS采用高頻交流配電系統。它具有以下優點：(1)系統簡單；(2)效率高；(3)可靠性高；(4)成本低。由于輸出頻率比較高，無法采用SPWM等控制方法，所以目前的高頻輸出逆變器多為方波或準方波輸出，然后通過諧振濾波網絡得到高頻正弦波。全橋變換器加四階諧振濾波網絡的結構。其優點是能實現所有開關管ZVS，結構簡單，效率高，適合大功率場合。本文結合實際課題，采用了不對稱半橋逆變器和諧振式濾波網絡，不僅可獲得較好的輸出波形，同時能夠在典型負載為阻性時，從空載到滿載范圍內實現零電壓開關。本文分析了變換器的工作原理，軟開關實現條件和諧振濾波電路的設計。

工作原理

圖1 高頻輸出不對稱半橋逆變器

圖1為高頻輸出不對稱半橋逆變器拓撲，由不對稱半橋變換器、四階諧振濾波網絡和高頻變壓器構成。圖2 為高頻輸出不對稱半橋逆變器的關鍵波形。不對稱半橋逆變器在一個開關周期中可以分成6個不同的工作時段。當不對稱半橋逆變器帶阻性負載時，諧振濾波器設計為感性，使輸出電壓超前串聯諧振支路的電流，實現所有開關管軟開關。為了分析方便，在不影響分析結果的前提下，做如下假設：①所有開關管、電感、電容、變壓器均為理想器件;②諧振濾波器濾波能力足夠，輸出電壓的頻率與開關管頻率相同。各開關狀態的工作情況描述如下：

(1)工作模態1[t0---t1]

t0時刻，開關管Q2關斷。因為負電流is的存在，C1放電，C2充電， 一旦C1端的電壓為零時，負諧振電流is使得D1導通。在死區時間內必須有足夠的能量將C1中能量抽走。

(2)工作模態2[t1---t2]

在t1時刻開通Q1，則開關管Q1為零電壓開通。此時D1和Q1同時導通。

(3)工作模態3[t2---t3]

到t2時刻，電流為零。此時以后輸入電壓加在諧振濾波器的輸入端，使電流is正向流動，給負載供電。

(4)工作模態4[t3---t4]

在t3時刻，開關管Q1關斷，因為寄生電容的存在，開關管Q1相當于軟關斷。由于電流為正，此時C1充電，C2放電。一旦C2端的電壓為零時，正諧振電流is使得D2導通。此段時間內亦必須有足夠的能量抽走C2中的能量。

(5)工作模態5[t4---t5]

t4時刻，開通Q2，則開關管Q2為零電壓開通。此時D2和Q2同時導通。

(6)工作模態6[t5---t6]

到t5時刻，電流為零。此時以后諧振濾波器開始釋放能量，使電流is負向流動，給負載供電。