半桥逆变架构
目前公司高频机常用的半桥逆变架构:
IL Ic
+Vc
LOAD
驱动介绍
PW M+
PW M-
D e a d tim e
(1) PWM+/-完全互补, PMW+=PWM(2) 加入死区, 防止上下桥短路击穿
输出正弦波正半周
PW M+
PW M+
PW M-
PW M-
D e a d tim e
+BUS
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.
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
f (t) f (t) f (t) f (t)
(t)
这四个图的面 积一样,可以认 为它们的冲量 相等
t d)
O a)
t O b)
t O c) 图 6-1
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=
Pulse Width Modulation SPIKE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:
+BUS Q1
+BUS Q1 C1 PWM+ D1 C1 Vi L1 Vo
PWM+
D1
Vi GND
L1
Vo
GND
C2 Q2 C3 PWMD2 GND -BUS Z C2 Q2 C3 PWMD2 GND -BUS Z
输出正弦波负半周
PW M+
PW M+
PW M-
PW M-
D e a d tim e
+BUS Q1
这个结构就是原始的 半桥逆变.
+VDC
+VDC
-VDC
-VDC
直流
交流
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
+VDC
-VDC
?
交流
理论基础
带上述问题,下面介绍一个概念:
1.RC式
2.RCD式
3.变形RCD式
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.
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:
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(Neutral Point Clamped). 具体的结构图如下:
2
VP BUS C1 D2
Q1
1
VP BUS
3
2
C1
Q2
2
C
3
Q1 Q2
1 1 2
DI O DE 1
L1
IN D U C T O R
L1
3
3
3
2
0
1
Q3
0
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C3
0
Q3
2 3
1
C3 Q4
2 C
D1 Q4
2
C2
C
0
C2
DI O DE 1
VNB US
1
VNB US
3
I字型
T字型
VP BUS
C1
3
“I”字型和”T”字型的驱 动波形是一致的.如下图.
0
Q1 Q2
1 1
2
C
2
L1
3
3
Q3
2 3
1
C3 Q4
2 C
C2
C
0
VNB US
1
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.
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器(高 频1-20K的机器都行),用示波器测试一下正负 半桥的逆变开关管的驱动波形,观察其与逆变 电压波形正负半周有什么对应关系?
谢谢!
Reject JAPS
D e a d tim e
Q1
+BUS Q1
C1
PWM+
D1
C1
PWM+
D1
Vi GND
L1
Vo
GND
Vi
L1
Vo
C2 Q2 C3 PWMD2 GND -BUS
-BUS
C2
Z
Q2 C3 PWMD2 GND
Z
PW M+
PW M+
PW M-
PW M-
D e a d tim e
D e a d tim e
t
O
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.
i(t) i(t) a c e(t) d b
电路输入：u(t)，窄脉冲， 电路输出：i(t)，
t
O a) 图 6-2 b)
理论基础
下面我们再回过头来看一个正弦波形,
u
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
a)
O u
t
b)
O 图 6-3
t
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.
u u u
O
>t ω
O
ωt
>
O
ωt
>
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
旁路
交流输入
AC to DC BUS 电容 DC to AC 交流输出
电池（组）
DC to DC
今天我们讨论的内容就是DC to AC部分
问题1
那么怎么样才能使DC变为AC呢?
DC
?
AC
简单的方法之一
+VDC Q1
Load Q2 -VDC
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.
D e a d tim e
Q1
C1
PWM+
D1
C1
PWM+
D1
Vi GND
L1
Vo GND
Vi
L1
Vo
C2 Q2 C3 PWMD2 GND -BUS -BUS Z
C2 Q2 C3 PWMD2 GND Z
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.
D e a d tim e
+BUS Q1
C1 PWM+ D1
C1
Vi GND L1 Vo
PWM+
D1
Vi GND
L1
Vo
C2 Q2 C3 PWMD2 Z
C2 Q2 C3 PWMD2 GND Z
GND -BUS
-BUS
PW M+
PW M+
PW M-
PW M-
D e a d tim e
+BUS Q1 +BUS