SPWM全桥逆变器直流偏磁抑制技术解析

"本文探讨了SPWM全桥逆变器输出变压器直流偏磁的问题及其抑制方法。" 在电力电子领域，SPWM（Sine Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制）全桥逆变器是一种广泛应用的开关电源技术，尤其在大功率系统中。全桥逆变器的优势在于其开关电流较小，提高了效率。为了实现电气隔离和调整输出电压，通常会在其输出端连接一个交流变压器。然而，在实际运行中，由于各种因素，如开关器件性能的差异、信号传输延迟等，SPWM控制的全桥逆变器可能会在变压器中引入直流分量，导致直流偏磁现象。 直流偏磁指的是变压器两端电压的正负半周波形不完全对称，使得磁芯的磁滞回线偏离平衡点。这不仅增加了变压器和功率半导体器件的功耗，加速了温升，还可能导致变压器噪声增大，特别是在工作频率位于音频范围时。更严重的是，持续的偏磁可能导致功率模块损坏，影响整个系统的稳定运行。 为了解决这一问题，文章提出了一种基于逆变桥各桥臂与中点直流电压及变压器原边直流电流反馈的抑制策略。通过监测和调整这些参数，可以有效地防止或减少变压器内的直流分量。在10kHz/15kW的全桥逆变电源实验中，这种方法被证明是有效且实用的。 偏磁的机理可以通过磁化曲线来理解。当变压器的初级电压正负半周波对称时，磁感应强度在磁滞回线上以中心对称的方式变化，没有偏磁现象。然而，如果电压不对称，磁感应强度的正负半周幅值不同，就会产生直流偏磁，导致磁芯饱和，进而使铁心相对磁导率降低，励磁电流增大，引发过热并可能损坏器件。 造成这种不对称的原因多种多样，包括IGBT等功率半导体器件的开关速度差异、通态压降的不一致、信号传输延迟等。因此，设计一个能够精确控制和补偿这些因素的反馈系统至关重要，以确保SPWM波形的正负脉冲对称，从而避免直流偏磁的发生。 SPWM全桥逆变器输出变压器的直流偏磁是一个需要密切关注的问题，而通过有效的反馈控制策略可以显著改善这一状况，保证逆变器的稳定性和可靠性。对于电力电子工程师来说，理解这一问题及其解决方案对于优化系统设计和提高系统性能具有重要意义。