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当差频式高频链双向同步解调控制电路的分析与

发布时间:2021-09-14 22:08:11 阅读: 来源:砂浆泵厂家
当差频式高频链双向同步解调控制电路的分析与

差频式高频链双向同步解调控制电路的分析与研究

1 引 言

在中小功率逆变电源的应用领域,特别是在各类专用变频电源、UPS中,人们对其电气性能、工作效率等指标提出了愈来愈高的要求,以适应特定场合的需要,但由于装置中很可能有低频隔离变压器,使得逆变电源的功率密度指标的提高受到了极大的限制。为了克服低频变压器的影响,近几年来人们开发设计出各种高频逆变电源,突破了低频变压器的重量体积指标的重大障碍,但现有的高频链逆变器大多属于单向电压源高频链,采用单向传输方式。双向电压源高频链逆变器虽然解决了双向传输功率的问题,但由于常采用单片微机控制,存在控制电路复杂等问题。

本文从模拟控制的角度出发,提出了双向电压源逆变器的双向同步解调控制电路。

2 差频式高频链逆变电路的工作原理

图1是一种基于差频原理的隔离推挽式高频链逆变电路,这种电路工作的基本原理是利用两组高频推挽逆变器得到频率为(fs+f0)和(fs-f0)的两组高频逆变器的开关频率(fs为载波频率,f0为输出基波频率),经过高频变压器隔离,在高频变压器的次级形成高频正弦电压,然后根据差频原理得到具有双向电压源特性的差频电压波形在选择安装环境时,如图2所示,此差频电压波形经双向同步解调后得到的波形如图3所示。

3 双向同步解调电路的工作原理

双向同步解调电路如图4所示,其中S1、S2和S3、S4组成双向电压、电流开关,L、C及高频变压器绕组N1、N2组成双向全波解调电路。

实现解调的原理可用下并对其包覆成型式推导出来:

已知已调制后的信号,即差频电压的数学表达式为:

us=Umsin[2π(fs+f0)t]-Umsin[2π(fs-f0)t]

=2Umcos2πfst·sin2πf0t (1)

式中:Um——高频正弦化电压幅值;

fs+f0,fs-f0——两个推挽电路的工作频率;

fs——载波频率;

f0——调制频率。

根据乘积检波器的工作原理将已调制信号乘以载波信号得:

u=ua(t)uS(t)=U2mcosω0t(1+cos2ωst) (2)

再通企业的发展空间和生态环境相对好转过低通滤波器便可还原调制信号。

利用二极管的非线性特性及二极管的平衡电路可形成乘法器与加法器电路,如图5所示。

设二极管的静态特性曲线为非线性,可用幂级数展开为:

id=Io+b1us+b2us2+…… (3)

式中:Io——二极管偏置工作点电流;

us——输入调制后的差频电压;

b1、b2——展开系数(常数)。

设流过二极管的非线性电流为:

i1=a0+a1(u2+u1)+a2(u2+u1)2+……

i2=a0+a1(u1-u2)+a2(u1-u2)2+……

i1-i2=2a0u2+4a1u2u1+…… (4)

式中:u1——载波电压;

u2——调制后电压。

在功率电路中认为二极管是开关器件,则

i∝(i1-i2)=2a1u2 (5)

由式(5)可知,将图5中u1信号变为差频调制信号,则输出即可得到调制信号:

uO(t)∝2a1u2Z0

图5中的输出信号仅为半波电压,通过可控开关功率器件组合,即可得到图4的输出全波电压,波形如图3所示。

由于Z0的性质不同,双向全波解调控制模式有所不同。

4 双向同步解调电路的控制模式

由于现有的功率开关器件反向耐压的限制,双向同步解调电路一般采用两个全控开关管反串的方式构成,根据负载的性质不同,采用不同的控制方式来实现电流的双向流动,从而实现解调。

4.1 纯电阻负载的解调控制

当负载为纯电阻负载时,输出电流与输出电压相位差φ=0,即输出电流与输出电压同相。如图6所示,当差频输出电压为零时,滤波电感中的电流也为零,此时通过控制驱动信号使双向同步解调开关换向导通,其开关管的电流,理论上也为零,即开关管全部为零电压、零电流导通,且控制最为简单,仅有正向解调和反向解调两个阶段。

(1)正向解调阶段

在区间I,t0时刻,当差频输出电压为零时,控制正向解调开关管S1和S3导通,反向解调开关管S2和S4关断。此时,滤波电感中的电流为零,双向同步解调电路工作于正向解调阶段,S1和S3工作在软开关模式。

(2)反向解调阶段

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