切换提高逆变器PWM控制和开发一个原型模型

希尔帕a年代¹h . Vasantha Kumar Shetty²

PG学生(电力电子),部门EEE, Dayananda Sagar Eng学院。,印度班加罗尔
教授,EEE称,Dayananda Sagar Eng学院。,印度班加罗尔

文摘

本文的目的是研究交换提高逆变器的操作模式和分析(SBI)。提出了印度国家银行的性能类似于Z-Source逆变器(ZSI)。ZSI相比,目前的拓扑导致较低的体积和较低的成本,因为它减少了数量的无源元件。这一特性使它更适合比ZSI低功率应用程序。逆变器的正确操作,特别考虑其工作原理(射穿。,conduction of two switches on the same leg of the inverter), a modified PWM control strategy is also described in detail. In addition, mathematical relations between various performance parameters under this modified PWM technique have been described in detail. Simulation is carried out using Matlab/Simulink software to verify the theoretical analysis made. This report also presents a laboratory prototype of the Switched boost inverter along with it results.

关键字

Z-Source逆变器,切换提高逆变器,修改PWM技术,射穿,Non-Shootthrough。

介绍

ZSI雇佣了一个独特的阻抗网络变换器电路的电源,从而提供独特的特征,不能被发现在传统的电压源逆变器和电流源逆变器。独特的阻抗网络上面所提到的,实现了两个电容器和两个电感。引入这些被动组件增加重量和大小整个逆变器。为了减少尺寸和重量,一个新的拓扑结构被认为是包括较小的被动元件,同时试图尝试相似的稳态性能。这个新的拓扑称为切换提高逆变器,它正在研究和分析报告。

二世。文献调查

印度国家银行[2]的基本思想来源于ZSI [1]。通过控制射穿工作周期,ZSI可以能够产生任何交流输出电压从一个给定的直流输入电压。这个特性使得ZSI适合的应用,如可再生能源系统(太阳能和燃料电池),调速驱动器、通用电机驱动器、电动汽车,不间断电源[3],[8]等。

传统的脉冲宽度调制技术可以修改战略影响的操作ZSI连续或间断地,同时保留所有的谐波性能特征[9]传统的调制技术。完整的分析性能使用x形LC的ZSI阻抗网络是复杂的。因此采用小信号模型方法在[10]推导传递函数和驴的性能。从文献调查很明显,ZSI巴克来说都是一种很有前途的技术,提高操作。但ZSI雇佣更多的缺点和笨重的被动组件。因此,印度国家银行拓扑结构提出了[2],以减少被动元件的数量,因此可用于低功率应用,尺寸和重量都非常重要。

二世。了提高逆变器

图1显示了示意图,印度国家银行的安排,这是一种buck-boost直粱转换器就像古典ZSI。主要的组件,如有源开关(S)两个二极管(哒,Db),一个电感器(左),和一个电容(C)插入电压源之间,Vg和逆变桥。这些组件形成了促进印度国家银行的网络。低通滤波器用于逆变桥的输出滤波器输出电压的开关频率成分的h桥,还有VAB。低频和Cf滤波电路。负载RL。签证官是过滤后的最终输出的逆变器桥还有VAB开关频率成分。

印度国家银行利用MOSFET开关电路的年代,S1、S2、S3和S4。然而,也可以认为IGBT版本和适当的门的集成电路。Vsn1表示开关节点1电压和Vi表示开关节点2电压逆变器输入电压或直流环节电压。VC是电容器的电压。

为了分析印度国家银行的稳态特性,考虑TS是一个开关周期完成一个完整的周期(时间)和D是工作周期(时间信号在高状态所花费的总时间的百分比来完成一个周期)。

稳态分析,操作状态分为射穿和non-shoot-through状态。最初,逆变器被认为是射穿状态的持续时间。TS在开关周期TS。开关是打开在这个区间。逆变桥是卖空通过腿上下切换设备的阶段。等效图,如图2所示。在射穿状态,逆变桥会短路的。二极管Da和Db和VC > Vg反向偏置。电容器C指控电感L通过开关和逆变桥。这个区间的电感电流等于电容器放电电流。

在开关周期即剩下的时间。(1−D)。TS,逆变器将在non-shoot-through状态。开关是关闭的。在这个区间逆变桥是由电流源表示,如图2所示。在non-shoot-through, Vg和L一起供电逆变器和电容器通过Da和Db。这个区间的电感电流的总和等于电容器充电电流和逆变器输入电流。

指的是图2和图2 b,我们可以编写以下表达式。

三世。PWM控制切换提高逆变器

修改的PWM控制策略[2]用于拟议的印度国家银行基于传统sine-triangle PWM。在这个方案切换损失减少,这年代的切换频率总是恒定的。vtri (t)是一个高频三角载波的振幅和频率副总裁fs。vm (t)和−vm (t)的正弦调制信号的振幅。副总裁(M是调制指数)和频率fo。fs是选择,它远远大于fo。由于这个原因,vm (t)几乎是恒定在一个开关周期。

比较所产生的信号相约和ST2 vtri (t)与恒定电压,威仕特和−威仕特分别。门控制信号为开关S1 (GS1)和开关S2 (GS2)通过比较vm (t)和生成−vm (t)与vtri (t)的门控制信号开关S3 (GS3)是由与非运算相约和GS2门控制信号为开关S4 (GS4)是由与非运算生成ST2和GS1。门的开关控制信号S (GS)与非运算生成的死神和ST2。逆变器输入电压将高当GS低,反之亦然。

下面的关系建立了印度国家银行使用修改后的PWM技术的正确操作。

1。恒压之间的关系(VST)和射穿责任比例

IV.RESULTS和讨论

使用Matlab / Simulink仿真进行了软件。仿真软件模型,如图3所示。修改PWM技术已经用在这里。威仕特是一个常数,其值是0.75。使用万用表测量电压的电容器c .参考第3章的细节修改PWM技术在印度国家银行。

计算各种电压在印度国家银行如表1所示。两套计算,保持工作周期相同,但不同的输入电压和调制指数。第一组是为印度国家银行与ZSI的比较。输入电压在第一组高我,100 e和M = 0.48。第二组是用于验证硬件的结果。输入电压被认为是在第二组不我,17 V e和M = 0.63。切换频率10 kHz和D = 0.3的情况下。在仿真中,所有的组件都假定理想。L = 5 mh, C = 100μf kΩ和RL = 1。得到下面的波形:

图4显示了在印度国家银行通过电容器的电压。电容器电压提高到接近1.7 v *输入电压稳态即。,28 v。在印度国家银行的情况下,电容器电压等于输入电压逆变器。所以逆变器的输入电压也提高了近1.7倍的输入电压。

图5显示了输出电压的印度国家银行h桥。还有VAB v是29。h桥的输出通常是一个方波。要使它成为正弦波输出,LC滤波器用于逆变器的输出端。

图6显示了逆变器输出电压滤波后输出电压的开关频率成分Hbridge。19 V输出电压。通过印度国家银行获得的波形仿真证实了数学分析在表1

诉实验验证

印度国家银行的照片原型图7所示。原型是由整个设置划分成三个功能块。第一个是控制器电路,第二栅极驱动电路,第三是主要的印度国家银行电路。

控制器电路给操作门驱动电路的控制信号。门驱动电路将推动印度国家银行的各自的开关电路。每个电路的工作详细解释如下:

1。控制器电路:法是低功耗,高性能CMOS 8位单片机。这是一个非常受欢迎的、低成本、通用单片机由于其行业标准指令集。有两个控制器电路。一个是用于高频即。,for controlling the main switch, S. The other is used for low frequency control i.e., for controlling other switches S1, S2, S3 and S4.

230 V交流将下台12 V交流使用降压变压器。5 v交流将由整流器整流和监管和监管机构提供控制器电路。结果5 v直流将作为控制器的输入集成电路,控制器集成电路即。,以AT89S52将提供一个5 V的输出脉冲。5 v脉冲将美联储缓冲门驱动电路的集成电路。

2。栅极驱动电路:5 v的脉冲控制器集成电路使用缓冲放大器即会加强。,电流将增加,但电压保持不变。缓冲放大器的输出是5 v直流。缓冲电路的输出将作为选择的输入耦合器IC。使用一个opto-isolated门司机为了提供隔离的低功率控制器电路和主要的印度国家银行电路。由于opto-isolation,信号强度可能会恶化。为了克服这个问题,TTL(晶体管晶体管逻辑)和变压器组合使用。一般来说,TTL使用NPN型和PNP型双极结型晶体管。

3所示。印度国家银行电路:230 v AC下台是12 v交流使用降压变压器。变压器的输出是使用二极管整流桥式整流器整流直流电压是美联储作为印度国家银行的输入电路。印度国家银行测量输出电压在负载RL。输出得到使用实验室原型的印度国家银行图8所示。实验室原型的结果用于验证理论分析仿真结果。

图8显示了输出的高频控制器。的输出获得销。1高频控制器集成电路。正如前面所提到的控制器集成电路的输出是一个5 v的脉搏。其频率10 kHz。图8 b显示了低频率控制器的输出。的输出获得销。1低频率控制器集成电路。在低频率的情况下控制器集成电路输出是一个5 v的脉搏。但正如其名字表示的频率降低了。它的频率是50赫兹。图8 c显示选择的输入耦合器IC。这里的输入电压是非常少的。,1.2 V。光耦合器阶段之间提供隔离的低功率控制器电路和主要的印度国家银行电路。由于opto-isolation,信号强度可能会恶化。 To overcome this, TTL and transformer combination is used. Fig. 8d shows the output of the optocoupler IC. Compared with the input stage the output signal strength has been increased it is due to the TTL logic implemented. Signal has a magnitude of around 15V here. This signal is used to the turn on the switches of SBI. Fig. 8e shows the gate control signals of switch S. The switching frequency here is high i.e., 10 kHz. It operates at a duty cycle 0.3 as shown. Whenever the gate signal to the S is high i.e., GS is high, the Vi will be low and vice-versa. Fig. 8f shows the inverter output voltage. For a given input voltage of 17V, the output has been boosted to 18.5 V.

印度国家银行和ZSI的VI比较

1。比较刺激的能力:峰值直流环节电压逆变器电路,直流输入称为刺激因素。印度国家银行的刺激因素(BSBI)和ZSI (BZSI)可以给出的

印度国家银行的能力提高逆变器比ZSI较小比[1]和印度国家银行。

2。比较而言,电压转换比与调制指数:印度国家银行(GSBI)和电压转换率ZSI (GZSI)可以得到:

与ZSI使用相同的调制指数相比,印度国家银行提供了一个更高的电压提高反演。因此,对于相同的增益,印度国家银行使用更高的调制指数为了提高逆变器的输出质量。

2。最大电压应力的比较:表2列出了最大电压应力在开关ZSI和印度国家银行。这表明印度国家银行提供了一个低电压应力在活跃的开关。

4所示。比较数量的组件:印度国家银行使用了两个被动元件和三个半导体开关,而ZSI使用四个被动元件和一个半导体开关。由于数量少的被动组件,印度国家银行可能会导致的大小和重量减少总功率转换器ZSI相比。但在半导体器件的数量增加,印度国家银行需要一个更好的保护电路相比,ZSI。

引用

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