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半桥逆变架构分析 提纲 引言及问题提出基本原理架构及工作状态分析全桥和三平架构简介讨论 特殊名词说明 PWM PulseWidthModulationSPIKE电压 尖峰电压SNUBBER线路 对尖峰电压吸收及缓冲线路 引言 下图是目前公司大部分高频在线机的结构框图 今天我们讨论的内容就是DCtoAC部分 问题1 那么怎么样才能使DC变为AC呢 简单的方法之一 如左图结构 开关管Q1和Q2各导通半个周期 就可以输出交流方波了 这个结构就是原始的半桥逆变 问题2 上面简单方法得到的交流波形是方波存在很多缺点 比如 输出电压谐波含量高 输出电压不能调整 有时UPS要求输出兼容很多种220 230 240V 那么怎么才能让方波变成正弦波 理论基础 带上述问题 下面介绍一个概念 定义 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时 其效果基本相同冲量指窄脉冲的面积效果基本相同 是指环节的输出响应波形基本相同 这四个图的面积一样 可以认为它们的冲量相等 理论基础 将以上四种形状的波形作为下图a电压源 图b为输出电流响应 电路输入 u t 窄脉冲 电路输出 i t 理论基础 正弦半波N等分 可看成N个彼此相连的脉冲序列 宽度相等 但幅值不等用矩形脉冲代替 等幅 不等宽 中点重合 面积 冲量 相等宽度按正弦规律变化 下面我们再回过头来看一个正弦波形 理论基础 那么我们可反推 只要能切出一系列等高不等宽 并且宽度按正弦变化的矩形脉冲 再加一个惯性环节 那么就可以得一个正弦波形的效果 SPWM波形 脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形要改变等效输出正弦波幅值 按同一比例改变各脉冲宽度即可 半桥逆变架构 目前公司高频机常用的半桥逆变架构 驱动介绍 2 加入死区 防止上下桥短路击穿 1 PWM 完全互补 PMW PWM 输出正弦波正半周 输出正弦波负半周 半桥逆变SNUBBER线路 因为半桥逆变是双BUS架构 在关断的时刻要承受正负BUS的电压 这就会导致逆变开关管的SPIKE电压比较高 在一般的设计中都会增加SNUBBER吸收线路 下面介绍几种半桥SNUBBER结构 1 RC式 2 RCD式 3 变形RCD式 上面只是简单的介绍了几种基本形式 想深入了解的可以参见以下附件 在实际应用可以多种形式同时使用 如6 20K的逆变SNUBBER线就同时用了RCD式和变形的RCD式 以增强吸引效果 全桥逆变介绍 下图为全桥逆变的基本架构 其中V1和V4为一组桥臂 V2和V3为一组桥臂 两桥臂分别交替导通 当然也有一定的死区 从而改变L和R两端的电压极性 实现直流变交流的过程 三电平逆变架构介绍 三电平逆变可以看作是半桥的延伸 英文简称NPC NeutralPointClamped 具体的结构图如下 I字型 T字型 I 字型和 T 字型的驱动波形是一致的 如下图 两种架构的比较及更详细的说明可以参见这个文档 有兴趣的可以了解一下 关于半桥逆变的小结 直流分量问题 之前YHK15 20K出现输出直流分量偏大的情况 从架构上分析 BUS的不平衡和两桥的差异会导致输出电压的不平衡 LC滤波器的截止频率 1 6开关频率 但实际应该根据电感的温升 器件成本来做优化设计 目前6K机器L 1 2mH C 25uF 取开关频率的1 20 现场讨论 1 2 3 现场讨论问题届时提出 会后的讨论 有兴趣的同事可以找一台半桥逆变的机