(D+ΔD)max≤1-t0fs (9)
式中:fs——开关频率。
4.5 开关频率fs
fs/fo越高(fo为输出电压正弦波的频率),高频变压器,输入与输出滤波器将越小。但fs受式(9)限制,若fs过高,则最大占空比变小,高频脉冲直流电压波幅值UiN2/N1将增大。故fs应折衷考虑。这里开关频率fs选取80kHz。
4.6 输出LC滤波器
滤波电感Lf的合适取值范围为
<Lf< (10)
式中:Igm,max——给定电流幅值;
ωo——输出电压角频率;
输出滤波电容Cf用来滤除输出电压uo中的高次谐波,若Cf越大,输出电压uo的THD就越小,但DC/AC逆变器无功电流分量增大,从而增大了变流器的体积和成本。一般选取ICf≤0.5Iomax为宜,因此滤波电容Cf值应满足:
Cf≤0.5Iomax/ωoUO (11)
式中:Iomax——输出电流最大值。
4.7 滞环宽度δ的选择
一般来说环宽过小,电路不能有效地选择零状态,电路工作于双极性模式,输出电压THD增大,开关频率升高,损耗增加,且每个开关周期都有能量回馈,吸收电容两端电压脉动变大。若环宽过大,输出滤波电感上的电流偏差过大,输出电压的THD也会增大,且电路的动态调节速度变慢,影响到系统的动态特性。通常选取滞环宽度为
δ=(0.2~0.4)(Udo,avg/Lf)Ts (12)
www.55dianzi.com
图4 空载时滤波电感电流、滤波电容电压、吸收支路电容电压波形
(1/2)Cr[(ΔUCr+UCrmin)2-U2Crmin]=
(1/2)CfU2CFMax-(1/2)LfiLfmax (13)
式中:UCrmin=UiN2/N1。
高频脉冲直流电压波占空比扩展期间,吸收支路电容Cr对DC/AC逆变桥供电引起的最大电压降落为
ΔUCr=(ILfmax·ΔD·Ts)/Cr (14)
式中:ILfmax——最大输出滤波电感电流,通常要求ΔUCr≤5%UCrmin。
5 试验结果
设计实例:输入电压Ui=18~32VDC,额定容量750VA,输出电压115V,输出电压频率400Hz,开关频率fs=80kHz,占空比D=0.34~0.6,扩展的占空比ΔD=0.3;变压器铁心选用铁氧体材料R2KBDPM62×49,变压器原、副边匝比N1/N2=2/24,磁化电感Lm=48μH。
设计并研制成功的逆变电源,获得了优良的综合性能:输出电压(115±2)V,输出电压频率(400±0.2)Hz,输出电压直流分量小于0.1V,输出电压波形的THD<0.5%;负载功率因数-0.75~0.75,额定负载时变换效率大于85.5%;110%额定负载120min,150%额定负载5min;短路时间5s,短路电流21A,短路故障排除后有自恢复能力;重量小于4kg;体积265mm×159mm×130mm。
样机试验波形,如图5所示。试验结果表明:高频脉冲直流环节电压实现了占空比的扩展,如图5(a)所示。逆变桥输出滤波电感电流iLf在给定电流ig的滞环宽度内变化,如图5(b)所示。负载两端得到的低THD输出正弦波uo,如图5(c)所示。
(a) udo波形占空比的扩展