串联谐振逆变器作为电力电子领域的重要组成部分,在全桥电路配置中尤为重要,它通过电力半导体开关的精确控制,将直流电转换为交流电,广泛应用于感应加热、医疗设备、工业电源等领域。本篇文章详细介绍了串联谐振逆变器常用的几种控制方法,并对它们的优缺点进行了比较。
文章开篇介绍了串联谐振逆变器的基本结构和工作原理,指出逆变器包含直流电压源、逆变桥以及由电阻、电感、电容组成的谐振负载,通过电力半导体开关如IGBT、MOSFET等来实现调制和逆变功能。逆变桥的控制方法要求同一桥臂的两个开关管的驱动信号互补,而斜对角的两个开关管同时导通和关断。
接下来,文章详细讨论了串联谐振逆变器的四种常用控制方法:
1. 调幅控制(PAM)方法:
调幅控制通过调节直流输入电压来调节输出功率,其调节手段可以是移相调压电路或斩波调压电路。这种方法的优点是控制简单,缺点是电路复杂且体积较大。
2. 脉冲频率调制(PFM)方法:
脉冲频率调制方法通过改变逆变器的工作频率来改变负载输出阻抗,从而调节输出功率。此方法的缺点是工作频率变化会导致集肤效应改变,这在要求严格的应用场合中是不允许的。
3. 脉冲密度调制(PDM)方法:
脉冲密度调制方法通过控制脉冲密度,即控制向负载馈送能量的时间来调节输出功率。优点包括输出频率基本不变、开关损耗小、易实现数字化控制,但逆变器输出功率的频率不完全等于负载的自然谐振频率,在需要功率闭环的场合中,工作稳定性较差。
4. 谐振脉冲宽度调制(PWM)方法:
谐振PWM方法通过改变驱动信号之间的相位差来改变输出电压,调节输出功率。优点是始终工作在谐振状态,功率因数高,但存在反并联二极管的反向恢复问题、小负载问题、软开关实现问题。
文章还特别对脉宽加频率调制方法进行了详细分析,这是一种复合型控制方法,通过调节移相PWM方法中某一桥臂的驱动脉冲信号与输出电流的相位保持一致,而另一个桥臂的驱动脉冲信号与输出电流的相位可调节,以此来调节输出电压的占空比,达到调节输出功率的目的。脉宽加频率调制方法的优点是能够适应负载谐振频率的变化,使得逆变器的工作频率始终保持在最优状态。
文章总结了两种PWM调节方式:升频式PWM和降频式PWM。升频式PWM主要是在滞后臂上产生脉冲,以增加输出功率;而降频式PWM则相反,通过减小占空比来降低输出功率。
通过以上内容,可以了解到串联谐振逆变器在不同场合下的控制策略选择,对提高逆变器性能、实现精确控制和优化逆变器设计具有指导意义。在实际应用中,设计师应根据具体需求,选择合适的控制方法或其组合,以满足不同场合对功率调节、工作频率稳定性和系统稳定性等的要求。