什么是單極性pwm模式?什么又是雙極性pwm模式?

pwm是脈沖調(diào)制技術(shù)，對(duì)于pwm，我們或多或少有所了解。在前文中，小編對(duì)pwm控制原理、spwm控制原理有所介紹。為增進(jìn)大家對(duì)pwm技術(shù)的了解程度，本文將對(duì)單極性pwm模式以及雙極性pwm模式予以闡述。如果你對(duì)pwm具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、單極性PWM模式

產(chǎn)生單極性PWM模式的基本原理如圖6.2所示。首先由同極性的三角波載波信號(hào)ut。與調(diào)制信號(hào)ur，比較(圖6.2(a))，產(chǎn)生單極性的PWM脈沖 (圖6.2(b));然后將單極性的PWM脈沖信號(hào)與圖6.2(c)所示的倒相信號(hào)UI相乘，從而得到正負(fù)半波對(duì)稱的PWM脈沖信號(hào)Ud，如圖 6.2(d)所示。

二、雙極性PWM模式

雙極性PWM控制模式采用的是正負(fù)交變的雙極性三角載波ut與調(diào)制波ur，如圖6.3所示，可通過ut與ur，的比較直接得到雙極性的PWM脈沖，而不需要倒相電路。

與單極性模式相比，雙極性PWM模式控制電路和主電路比較簡(jiǎn)單，然而對(duì)比圖6.2(d)和圖6.3(b)可看出，單極性PWM模式要比雙極性PWM模式輸出電壓中、高次諧波分量小得多，這是單極性模式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

單極性調(diào)制方式的特點(diǎn)是在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)兩只功率管以較高的開關(guān)頻率互補(bǔ)開關(guān)，保證可以得到理想的正弦輸出電壓：另兩只功率管以較低的輸出電壓基波頻率工作，從而在很大程度上減小了開關(guān)損耗。但又不是固定其中一個(gè)橋臂始終為低頻(輸出基頻)，另一個(gè)橋臂始終為高頻[載波頻率)，而是每半個(gè)輸出電壓周期切換工作，即同一個(gè)橋臂在前半個(gè)周期工作在低頻，而在后半周則工作在高頻，這樣可以使兩個(gè)橋臂的功率管工作狀態(tài)均衡，對(duì)于選用同樣的功率管時(shí)，使其使用壽命均衡，對(duì)增加可靠性有利。

雙極性調(diào)制方式的特點(diǎn)是4個(gè)功率管都工作在較高頻率(載波頻率)，雖然能得到正弦輸出電壓波形，但其代價(jià)是產(chǎn)生了較大的開關(guān)損耗。

三、有限雙極性控制ZVZCSPWM全橋變換器

1、ZVZCS PWM全橋電路有限雙極性控制過程分析

有限雙極性控制ZVZCS PWM全橋電路功率部分如圖1所示。Q1～Q4四個(gè)功率管(內(nèi)帶續(xù)流二極管)組成一個(gè)全橋電路。其中，Q1、Q2組成超前橋臂，兩端分別并聯(lián)有吸收電容C1、C2，用來實(shí)現(xiàn)Q1、Q2的ZVS。L1為高頻變壓器的漏感。Cb為隔直電容，用來實(shí)現(xiàn)滯后臂(由Q3、Q4組成)的ZCS。

圖1 ZVZCSPWM全橋電路示意圖

在有限雙極性方法控制下，Q1～Q4的驅(qū)動(dòng)時(shí)序見圖2。其中ug1、ug2為脈寬可調(diào)的定頻變寬脈沖;ug3、ug4為互補(bǔ)方波，頻率、脈寬固定。當(dāng)然考慮到直通的問題，ug3、ug4不能同時(shí)為1，要錯(cuò)開一個(gè)固定的死區(qū)時(shí)間。ug1、ug4的上升沿(表示Q1、Q4開始導(dǎo)通)一致，ug2、ug3的上升沿一致。uAB表示加在隔直電容及變壓器兩端的電壓。由于超前橋臂并聯(lián)電容的存在，變壓器端電壓在下降時(shí)不會(huì)突然到零，而是有個(gè)過渡過程，其時(shí)間取決于并聯(lián)電容的大小及負(fù)載電流等條件。ip為變壓器繞組電流。ucb為隔直電容Cb上的電壓，其幅值取決于Cb大小及其它條件，Cb越小，ucb幅值越大，ZCS實(shí)現(xiàn)得越好，但同時(shí)開關(guān)管電壓應(yīng)力又增大，因此Cb不能太小，一般要讓ucb最大值小于直流輸入電壓的10%。

圖2 全橋電路有限雙極性控制時(shí)序及各變量響應(yīng)圖

電路工作過程分析如下：

1)t0時(shí)刻Q1、Q4同時(shí)導(dǎo)通，變壓器原邊電流ip開始上升，流向是從Q1到L1、變壓器、Cb、Q4。功率從原邊流向副邊，同時(shí)隔直電容Cb上的電壓開始上升。為了簡(jiǎn)化分析，暫不考慮變壓器的勵(lì)磁電流和副邊電流Io的波動(dòng)，因此變壓器原邊電流ip(t)為

ip(t)=Ipo=Io/n(1)

式中：n為變壓器原副邊匝比。

當(dāng)然，實(shí)際電路中由于副邊整流二極管的反向恢復(fù)過程，ip(t)上升沿有一個(gè)尖峰，見圖2。

Cb兩端電壓ucb(t)為

ucb(t)= -ucbp(2)

式中：ucbp為電容Cb上最大電壓。

2)在t1時(shí)刻Q1關(guān)斷，Q1的關(guān)斷是ZVS關(guān)斷，原邊電流ip通過C1(充電)、C2(放電)繼續(xù)按原方向流動(dòng)。C2經(jīng)過一段時(shí)間的放電，在t12時(shí)刻C2上的電壓降到零，Q2上的反并聯(lián)二極管開始導(dǎo)通續(xù)流。此階段電容C2兩端電壓uc2(t)變化過程為

uc2(t)=Ipot/(C1+C2)(3)

并有

t12-t1=E(C1+C2)/Ipo(4)

式中：E為直流輸入電壓。

3)由于Cb上的電壓作用，在t2時(shí)刻環(huán)流衰減到零，原邊電流變化過程為

ip(t)=Ipo-ucbpt/L1(5)

該狀態(tài)持續(xù)時(shí)間(即環(huán)流時(shí)間)為

t2-t12=IpoL1/ucbp(6)

此時(shí)ucb(t)達(dá)到最大值UCbp。由式(2)可近似得到

t2-t0=2UCbpCb/Ipo(7)

4)在t2～t23時(shí)刻，電容Cb上的能量通過變壓器漏感對(duì)Q2的輸出電容充電，由于時(shí)間常數(shù)很小，可認(rèn)為該過程響應(yīng)速度很快，諧振過程很快結(jié)束。穩(wěn)定時(shí)Q2兩端電壓保持為UCbp。

5)t23時(shí)刻Q4關(guān)斷，顯然，由于此時(shí)Q4上電壓電流均為零，因此Q4是ZVZCS關(guān)斷。經(jīng)一個(gè)固定的死區(qū)時(shí)間后，在t3時(shí)刻，Q2、Q3同時(shí)導(dǎo)通，由于此時(shí)Q2兩端電壓為UCbp，由設(shè)計(jì)可保證UCbp《10%E，且環(huán)流已衰減到零，因此可近似認(rèn)為Q2是ZVZCS導(dǎo)通。而Q3是硬開關(guān)導(dǎo)通，而且Q3導(dǎo)通時(shí)其兩端電壓大小約為直流輸入電壓大小。而在普通硬開關(guān)工作方式下Q3導(dǎo)通時(shí)其端電壓是直流輸入電壓的一半，因此ZVZCS控制模式下Q3導(dǎo)通時(shí)輸出電容上的能量損耗反而比普通硬開關(guān)狀態(tài)下大，這是這種方法最大的缺點(diǎn)。為了減輕該缺點(diǎn)所帶來的不利因素，Q3、Q4可選輸出電容較小的功率管如IGBT。

6)在t3時(shí)刻之后電路工作過程和t0～t3時(shí)類似，這里就不詳細(xì)分析了。

2、全范圍實(shí)現(xiàn)ZVS和ZCS的約束條件

由式(2)可以看到，在占空比一定時(shí)，隔直電容Cb越小，UCbp越大，由式(6)可看到，變壓器漏感越小、ucbp越大，則環(huán)流時(shí)間越短，因而ZCS實(shí)現(xiàn)得越充分。將式(7)代入式(6)，并設(shè)t12-t0=DT/2(D為占空比，T為開關(guān)周期)，則有

t2-t12=4CbL1/DT(8)

可見在電路參數(shù)固定的情況下，環(huán)流時(shí)間是一個(gè)固定值，不依賴于負(fù)載。實(shí)驗(yàn)也表明，適當(dāng)減小開關(guān)頻率，從而使DT變大，可使環(huán)流時(shí)間t2-t12減小，有利于ZCS的實(shí)現(xiàn)。

由式(4)可看到C1、C2越大，超前橋臂由導(dǎo)通轉(zhuǎn)截止后，C2上電壓降到零的過渡時(shí)間越長，因而ZVS實(shí)現(xiàn)得越好。而且負(fù)載越輕(Ipo越小)，過渡時(shí)間越長。而移相控制由于超前橋臂上下兩個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通基本是互補(bǔ)的，因此在輕載時(shí)很難實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的ZVS導(dǎo)通。而相比之下，有限雙極性控制方法就顯出它的優(yōu)越性。如當(dāng)Q1關(guān)斷后，Q2導(dǎo)通時(shí)刻由移相控制時(shí)的t12～t3時(shí)刻推后到了t3時(shí)刻，可以充分保證只有當(dāng)Q2的續(xù)流二極管導(dǎo)通后才使Q2導(dǎo)通，從而保證全范圍的ZVS。實(shí)驗(yàn)證明，在正確設(shè)計(jì)好電路參數(shù)后，超前橋臂的ZVS實(shí)現(xiàn)得相當(dāng)好。

3、應(yīng)用實(shí)例

這種有限雙極性控制的ZVZCSPWM全橋變換器，已應(yīng)用到一種3kW(48V/50A)通信電源模塊的設(shè)計(jì)當(dāng)中。具體參數(shù)為：輸入220V/15A;輸出56.4V(最大)/53A(最大);開關(guān)工作頻率60kHz;功率管為IRG4PC50W(高速型IGBT);變壓器原副方匝數(shù)比為24/4;輸出濾波電感40μH;輸出濾波電容5000μF。由于沒有專用的芯片，因此采用UC3825+CD4042合成所需要的邏輯。原理圖如圖3所示。

圖3 有限雙極性控制邏輯生成電路實(shí)例

UC3825A是一種峰值電流型控制芯片，在控制環(huán)路中加入電流環(huán)后，電源具有響應(yīng)速度快，保護(hù)迅速，源效應(yīng)和負(fù)載效應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)。模塊整機(jī)功率因數(shù)為0.99，效率90%，重約10kg。該產(chǎn)品已成功運(yùn)行于某移動(dòng)通信基站現(xiàn)場(chǎng)。

以上便是此次小編帶來的“pwm”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對(duì)單極性和雙極性pwm模式具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!