全桥逆变器的HPWM-ZVS软开关技术及其优势

高频SPWM在逆变器中的应用是一种先进的控制策略，它着重于全桥逆变器中的零电压开关(ZVS)软开关技术。ZVS软开关技术的目标是在维持硬开关拓扑基本不变的情况下，通过优化利用现有的电路元件和功率管的特性，如寄生参数，来创造条件让主功率管在电压降为零后再进行开关，从而极大地减少开关损耗，降低电磁干扰(EMI)，提升系统效率和可靠性。 传统的硬开关方法在高频下面临诸多问题，包括开通和关断时的高损耗、二极管反向恢复期间的问题、以及硬开关电路产生的大量EMI。为了克服这些缺点，软开关技术被引入，理想情况下，软开关过程应该是电压降为零后电流再平滑上升，几乎无损耗。本文提出的HPWM控制方式的ZVS软开关技术正是针对这些问题设计的，它能够在保持拓扑结构简洁的同时，最大限度地利用功率管的特性来实现ZVS。 HPWM控制方式的关键在于，它采用12种不同的开关状态，以保证每个MOS管的电容效应得到均衡处理。在图1中展示了这种控制方式的原理，而图2则详细描绘了在正半周桥臂工作时的不同电路模式，如模式A、A1、B、B1、C和C1。在这些模式中，开关状态的变化使得电流能够在电感中平稳转移，避免了硬开关时可能出现的电流突变，进而实现了ZVS。 在图3中，显示了一个开关周期内的主要波形，例如模式A在时间区间[t0, t1]时，S1和S4导通，形成+1态输出。随着控制信号的变化，电路在不同模式间切换，如在模式A1时，S1在t1时刻断开，电感电流通过C1和C3进行缓冲，确保了ZVS的实现。 高频SPWM与ZVS软开关技术结合的逆变器设计，不仅提升了逆变器的性能指标，如效率和稳定性，还降低了系统的维护成本，是现代电力电子设备中不可或缺的一部分。通过精细的控制和优化，这种技术在工业变频器、电机驱动系统等领域具有广泛的应用前景。