HPWM 技术在逆变器中的应用

 

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HPWM 软开关 逆变器 ZVS 

1、引言

　　由于对逆变器高频化的追求，硬开关所固有的缺陷变得不可容忍：开通和关断损耗大

;

容性开通问题

;二极管反向恢复问题;感性关断问题;硬开关电路的 EMI 问题。因此，有必要

寻求较好的解决方案尽量减少或消除硬开关带来的各种问题。软开关技术是克服以上缺陷的
有效办法。最理想的软开通过程是：电压先下降到零后，电流再缓慢上升到通态值，开通损
耗近零。因功率管开通前电压已下降到零，其结电容上的电压即为零，故解决了容性开通问
题，同时也意味着二极管已经截止，其反向恢复过程结束，因此二极管的反向恢复问题亦
不复存在。最理想的软关断过程为：电流先下降到零，电压再缓慢上升到断态值，所以关断
损耗近似为零。由于功率管关断前电流已下降到零，即线路电感中电流亦为零，所以感性关
断问题得以解决。

　　
　　基于此，本文探讨性的提出了一种用于全桥逆变桥

HPWM 控制方式的 ZVS 软开关技

术如图

1 所示，其出发点是在尽量不改变硬开关拓扑结构即尽量不增加或少增加辅助元件

的前提下，有效利用现有电路元件及功率管的寄生参数，为逆变桥主功率管创造

ZVS 软开

关条件，最大限度的实现

ZVS，从而达到减少损耗，降低 EMI，提高可靠性的目的。

2、HPWM 控制方式下实现 ZVS 的工作原理

　　考虑到

MOS 管输出结电容值的离散性及非线性，每只 MOS 管并联一小电容，吸收其

结电容在内等效为

 ，且 ； 为 MOS 管的体二极管，则 HPWM 软开关方式在整个输出电压

的一个周期内共有

12 种开关状态，基于正负半周两个桥臂工作的对称性，以输出电压正半

周为例，其等效电路模式如图

2 所示，图 3 给出了输出电压正半周的一个开关周期内的电

路的主要波形，此时

S4 常通，S2 关断。由于载波频率远大于输出电压基波频率，在一个开

关周期

 内近似认为输出电压 保持不变，电感电流的相邻开关周期的瞬时极值不变。

图

2 HPWM 软开关方式工作状态及电路模式

　　

A. 

模式

A：S1 和 S4 导通，电路为+1 态输出模式，滤波电感电流线性增加，直到 时刻 S1 关