刍议移相控制升压斩波电路的分时并联研讨

刍议移相控制升压斩波电路的分时并联研讨

万树春1吴彬2李东3顾莉4邱伟杰5

（上海航天804所上海市闵行区201109）

摘要：本文在分析移相控制技术和分时并联技术的基础上，结合二者，建立移相控制升压斩波电路分时并联的电路拓扑结构，并进行仿真分析来比较三种电路结构，仅供参考。

关键词：移相控制；升压斩波电路；分时并联

电动机作为主要动力来源，广泛应用于冶金锻造、矿井提升等诸多场合，其中交流电动机用电量占到总用电量的85%左右，其中水泵和风机的耗电量占到整个工业用电量的40%以上。若采用挡板或阀门开度来调节流量以满足负荷变化的要求，会造成电能的巨大浪费。通过电机调速来满足生产负荷，是提高负载运行效率和降低耗电量的主要手段。对于风机、泵类等调速范围不大，系统动态性能要求不高的场合，转子斩波串级调速则是一种性价比非常高的调速方法。而升压斩波器作为调速系统的控制环节，是转子斩波调速系统当中最为重要的部分。升压斩波器的高频化，使得滤波器参数减小，大大提高了产品的性价比，但高频化带来的问题是功率器件的损耗增大。软开关技术可令变换器中部分或全部功率器件实现零电流开关或零电压开关，克服了常规功率器件开关损耗随开关频率升高而增大的缺点，增加了功率器件开关频率的提升空间。

1移相控制技术

移相控制升压斩波电路拓扑如图1所示，在分析前做如下假设：1）电路中器件均为理想器件；2）电感L足够大，电感电流iL连续，其纹波电流∆iL比其直流分量IL小得多；3）电感L远大于电感La。

图1中IGBT-S与IGBT-Sa交错开通，其驱动信号相位相差半个周期，且占空比必须小于0.5，在一个开关周期内会依次出现6个状态，电路仿真波形如图2所示，从上到下依次为IGBT-S驱动信号，IGBT-Sa驱动信号、电感L电流、IGBT-S电流、二极管D电流、电感La电流、IGBT-Sa电流、二极管Da电流。

2分时并联技术

由于移相控制升压斩波电路的输入电流（即电感电流）变化的特殊性，宜采用分时并联技术。图3为斩波回路并联的结构拓扑，IGBT以分时驱动的方式进行控制。

分析前做如下假设：1）电路中各功率器件均为理想元件；2）电感L1、L2足够大，保证电路工作在CCM模式下；3）电容的容量足够大，以保持输出电压恒定。

驱动信号分占空比大于0.5和小于0.5两种情况。两IGBT驱动信号脉冲宽度相同，相位差等于脉冲宽度，电感值L1=L2。电路的工作状态根据两个IGBT导通关断状态的组合分为四种组合。当0＜d＜0.5时，由图4（a）可知，一个周期内会出现的状态为b、c、d，循环顺序为b→c→d→b。当0.5＜d＜1时，由图4（b）可知，一个周期内会出现的状态为a、b、c，循环顺序为a→b→c→a。

鉴于上文提出的移相控制升压斩波电路的占空比须小于0.5，所以采用分时并联技术时所选择的占空比也须小于0.5。

3移相控制分时并联升压斩波电路分析

3.1电路拓扑

移相控制分时并联升压斩波电路拓扑如图5所示。因为占空比须小于0.5，取d=0.3。电路稳态工作时，在一个周期内会有10种工作状态，循环往复出现。

3.2仿真分析

对移相控制分时并联升压斩波电路进行仿真，仿真参数为：ui=650V，R=10.6Ω，f=2kHz，L1=L2=3mH，La1=La2=150µH，C0=80µF。

由仿真结果得出主电路IGBT的电压和电流波形相关图、辅助电路IGBT的电压和电流波形相关图、主电路二极管波形相关图、未采用分时并联与采用分时并联的移相控制升压斩波电路的波形对比相关图，可以看出，由于辅助电路电感La1、La2的存在，主电路和辅助电路上的IGBT在导通时刻电流由零逐渐上升，而不是瞬间增加，实现了IGBT零电流开通。主电路和辅助电路中的二极管虽然在IGBT开通时也承受反向电压，但由于辅助电路电感La1、La2的存在，避免了二极管电流瞬间到零，使得二极管自然关断，不会出现反向恢复电流。通过对移相控制升压斩波电路采用分时并联技术，输入电流和输出电压纹波均有所减小。

结语

综上所述，得出了两种电路结构各自优点的基础上，结合二者，给出了移相控制软开关升压斩波电路的电路原理图，并分析其在一个周期内的各个工作状态，并对其进行了仿真分析。通过仿真得出：移相控制分时并联升压斩波电路由于辅助电路小电感的存在，实现了IGBT的零电流开通，消除了二极管的反向恢复电流，使其自然关断；同时其输入电流纹波和输出电压纹波均有所减小，提高了系统的功率因数。

参考文献：

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[3]廉士良。具有并联移相交错均流控制的同步整流升降压电路及装置；CN103269158A[P].2013。