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服務(wù)熱線：400-6698-612隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型高性能、高耐壓、高頻電力電子器件的出現(xiàn), 串聯(lián)諧振電源開始在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和日常生活中得到廣泛的應(yīng)用。今天鼎升電力從串聯(lián)諧振逆變器工作原理和串聯(lián)諧振電路的功率調(diào)節(jié)原理來介紹串聯(lián)諧振電源。
串聯(lián)諧振電源俗稱串聯(lián)諧振逆變器也稱電壓型逆變器，其原理圖如圖2.2所示。串聯(lián)諧振型逆變器的輸出電壓為近似方波，由于電路工作在諧振頻率附近，使振蕩電路對于基波具有最小阻抗，所以負(fù)載電流近似正弦波同時，為避免逆變器上、下橋臂間的直通，換流必須遵循先關(guān)斷后導(dǎo)通的原則，在關(guān)斷與導(dǎo)通間必須留有足夠的死區(qū)時間。
圖2.2 串聯(lián)逆變器結(jié)構(gòu)
圖 2.3負(fù)載輸出波形
當(dāng)串聯(lián)諧振逆變器在低端失諧時(容性負(fù)載)，它的波形見圖2.3(a)。由圖可見，工作在容性負(fù)載狀態(tài)時，輸出電流的相位超前于電壓相位，因此在負(fù)載電壓仍為正時，電流先過零，上、下橋臂間的換流則從上(下)橋臂的二極管換至下(上)橋臂的MOSFET。由于MOSFET寄生的反并聯(lián)二極管具有慢的反向恢復(fù)特性，使得在換流時會產(chǎn)生較大的反向恢復(fù)電流，而使器件產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗，而且在二極管反向恢復(fù)電流迅速下降至零時，會在與MOSFET串聯(lián)的寄生電感中產(chǎn)生大的感生電勢，而使MOSFET受到很高電壓尖峰的沖擊當(dāng)串聯(lián)諧振型逆變器在高端失諧狀態(tài)時(感性負(fù)載)，它的工作波形見圖2.3(b)。由圖可見，工作在感性負(fù)載狀態(tài)時，輸出電流的相位滯后于電壓相位，其換流過程是這樣進(jìn)行的，當(dāng)上(下)橋臂的MOSFET關(guān)斷后，負(fù)載電流換至下（上）橋臂的反并聯(lián)的二極管中，在滯后一個死區(qū)時間后，下(上)橋臂的MOSFET加上開通脈沖等待電流自然過零后從二極管換至同橋臂的MOSFET.由與MOSFET中的電流是從零開始上升的，因而基本實現(xiàn)了零電流開通，其開關(guān)損耗很小。另一方面，MOSFET關(guān)斷時電流尚末過零，此時仍存在一定的關(guān)斷損耗，但是由于MOSFET關(guān)斷時間很短，預(yù)留的死區(qū)不長，并且因死區(qū)而必須的功率因數(shù)角并不大，所以適當(dāng)?shù)乜刂颇孀兤鞯墓ぷ黝l率，使之略高于負(fù)載電路的諧振頻率，就可以使上(下)橋臂的MOSFET向下(上)橋臂的反并聯(lián)的二極管換流其瞬間電流也是很小的，即MOSFET關(guān)斷和反并聯(lián)二極管開通是在小電流下發(fā)生的，這樣也限制了器件的關(guān)斷損耗。上述分析可知，串聯(lián)諧振型逆變器在適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞较?，開關(guān)損耗很小因而，可以工作在較高的工作頻率下這也是串聯(lián)諧振型逆變器在半導(dǎo)體高頻感應(yīng)加熱電源中受到更多重視的主要原因之一。
電源工作在開關(guān)頻率大于諧振頻率狀態(tài)，負(fù)載呈感性，負(fù)載電流滯后于輸出電壓r角。所以在高頻條件下輸出功率表達(dá)式為：
式中的0. 9是因為矩形波所乘的波形率。從式中可以看出當(dāng)輸入電壓一定時，可以通過調(diào)節(jié)輸出電流滯后輸出電壓的滯后角r來調(diào)節(jié)輸出功率。而滯后角r是由諧振參數(shù)和開關(guān)管工作頻率共同決定的。
從上式可以看出當(dāng)系統(tǒng)工作在諧振頻率時cosr=1，即r為0度，系統(tǒng)輸出的功率最大。當(dāng)開關(guān)頻率提高時，滯后角r同時開始增大，輸出功率開始下降，從而完成功率調(diào)節(jié)。
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