单极倍频SPWM软开关DC/AC逆变器设计与实现

本文主要探讨了一种单极倍频电压型SPWM（正弦脉宽调制）软开关DC/AC逆变器的设计。在当前，随着对开关电源高效、低损耗和电磁兼容（EMI）要求的提高，硬开关PWM逆变器由于存在较大的开关损耗和不理想的波形质量，已经不能满足现代应用的需求。为了克服这些问题，软开关技术，尤其是DC/DC变换器的移相软开关技术，成为了研究热点。 作者在借鉴前人工作的基础上，提出了创新设计。文献[4]提及的谐振电路软开关方法虽然有效，但其电路复杂，需要精确跟踪电压和电流的变化以实现软开关。文献[5]的电感换流非谐振软开关PWM技术仅适用于双极性电压控制的DC/AC变换器，不适用于单极设计。本文则针对这一挑战，设计了一种新型的单极倍频SPWM软开关DC/AC逆变器，其核心是通过增加电容C1、C2、C3、C4、Cr1、Cr2、CE1、CE2以及电感Lr1、Lr2来实现软开关，其中C1-C4、Cr1-Cr2电感相同，CE1和CE2作为大容量电解电容，作为恒压源，为功率管提供了零电压开关(ZVS)的可能。 电路结构如图1所示，工作波形在图2中有直观展示。在工作模式1（t0-t1阶段），S1和S3导通，S2和S4关闭，电流iLr1从电源ED正极经过一系列路径到达负极，同时电容CE1通过S3、Cr2、Lr2放电，放电电流iLr2随之增加。当iLr2达到最大值时，时间对应于αIomsinωt1-(1-α2sin²ωt1)，其中α是调制比，Iom是负载电流的最大值，与电源电压ED和负载电阻RL有关，ω是频率。 这种设计的主要优势在于简化了电路结构，降低了开关损耗，并改善了输出波形的质量，从而更接近于理想的软开关特性。这对于高效率、小型化和绿色电源系统具有重要意义，有望推动DC/AC变换器技术向实用化方向发展。这种设计思路和技术对于嵌入式开发和电源领域的技术人员具有较高的参考价值。