摘要：提出了一種新的DC/AC功率傳輸電路拓撲結構，用逐個脈沖磁復位技術，使高頻變壓器能夠承受經(jīng)過低頻AC或音頻信號調(diào)制的高頻SPWM脈沖列，完成低頻電功率的傳遞任務。試驗及仿真結果證明了其可行性。

1 引言

高頻開關技術的發(fā)展，使工頻變壓器從許多領域中退了出來，但是在需要隔離的不間斷電源、數(shù)碼線性功率放大器、要求輸出低頻正弦波的DC/AC變換器等許多領域中，為了隔離或變換電壓的需要，不得不保留了低頻變壓器。為了克服低頻變壓器笨重、體積大等缺點，隨著高頻開關技術的不斷成熟，使去掉低頻變壓器成為可能。圖1所示為一種比較典型的電路結構[1][2]。

圖1典型高頻逆變電路結構

由圖1可知，該電路結構中兩次使用了逆變器，一次是為了獲得高頻，以便利用高頻變壓器進行變壓和隔離，第二次是為了獲得工頻正弦交流電壓。由于多用了一級功率逆變器，因此增加了功率損耗。本文提出了一種新型的用高頻變壓器傳遞低頻功率的方法，可以直接利用高頻變壓器同時完成變壓、隔離、傳遞功率的任務，不需要增加一級功率逆變器。從而簡化了結構，減小了體積和重量，提高了效率，為實現(xiàn)電力電子設備的高頻、高效、高功率密度創(chuàng)造了條件。該電路結構如圖2所示。

圖2 帶逐個脈沖磁復位的逆變器電路結構

2 電路工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

如圖3所示，該系統(tǒng)由雙組合式單端反激變換器、雙向高頻整流器、高頻濾波和控制部分組成。雙組合式單端反激變換器實質(zhì)上是共用一個變壓器磁芯和副邊的兩個單端反激變換器，在控制信號vc的正負半周分別受vg1、vg2的控制進行斬波運行，完成變壓、隔離、傳遞功率的任務。雙向高頻整流器用兩個場效應管代替一般的反激變換器中副邊的二極管。兩個場效應管分別受vg3、vg4的控制在低頻信號的正負半周分時導通，并相互與對方體內(nèi)的寄生二極管構成通路實現(xiàn)雙向高頻整流。雙向高頻整流后得到一列雙向脈沖，該列脈沖的包絡線與控制信號vc波形相似，頻率相同，幅度不同，經(jīng)高頻濾波后，得到與vc同頻率的輸出電壓?？刂撇糠之a(chǎn)生與低頻控制信號vc同頻率的，相位互差（Tc為vc波形的周期）的雙列單極性SPWM高頻脈沖vg1、vg2和雙列低頻開關脈沖vg3、vg4，分別控制雙組合式單端反激變換器和雙向高頻整流器，并通過輸出電壓實時反饋方式，改變SPWM高頻脈沖列的調(diào)幅深度ma來實現(xiàn)變換器對輸出電壓的調(diào)節(jié)。

圖3 系統(tǒng)組成框圖

2.2 控制部分工作原理

控制原理框圖及各點電壓波形如圖4所示。vc為待傳遞放大的低頻調(diào)制信號（如50Hz正弦波信號），vt為單極性等腰三角形高頻載波信號（如20kHz高頻三角波）。為實現(xiàn)vg1～vg4各點波形，采用以下控制策略。

圖4 控制原理框圖及各點電壓波形圖 

1）把低頻調(diào)制信號vc與高頻載波三角波信號vt相比較，得到與vc同頻率的單極性SPWM信號vg1；

2）把低頻調(diào)制信號vc經(jīng)過零比較器比較，得到與vc同頻率的低頻開關脈沖信號vg3；

3）把低頻信號vc反相得到與vc同頻率的調(diào)制信號－vc，再用－vc與載波信號vt相比較，得到與vg1同頻率的相位差的單極性SPWM信號vg2；

4）把調(diào)制信號－vc經(jīng)過零比較器比較，得到與vg3同頻率的相位差的低頻開關脈沖信號vg4。

2.3 主電路拓撲

圖5所示為傳統(tǒng)的帶復位繞組的單端反激變換器，復位繞組N2的匝數(shù)等于繞組N1的匝數(shù)。當開關管V導通時，D3反向阻斷，變壓器儲能。在V關斷時，D3導通，變壓器的儲能向負載Zl及濾波電容Cf輸出；D2導通，N2作為復位繞組將變換器的漏感儲能回饋到電源U中，并箝位V上的Uds為2U。

圖5 帶復位繞組的單端反激變換器

圖6所示為新型DC/AC功率傳輸電路拓撲結構。N1、V1、N3組成一單端反激變換器，它與由N2、V2、N3組成的另一單端反激變換器構成雙組合式單端反激變換器，并在控制信號周期的正負半周受vg1、vg2高頻SPWM脈沖的控制分別斬波導通。V3、V4組成雙向高頻整流器，在控制信號周期的正負半周分時導通，并相互與對方體內(nèi)寄生的并聯(lián)二極管構成整流電路。

圖6 新型DC/AC功率傳輸電路拓撲