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开关型逆变器技术的发展趋势

导读: 随着全控型功率器件的高频调制技术的快速发展和不断完善,开关型逆变器无论在电路的基本形式或控制的基本方法方面都已趋于成熟。然而,开关型逆变器技术仍然在许多方面以更快的速度不断地发展。

  随着全控型功率器件的高频调制技术的快速发展和不断完善,开关型逆变器无论在电路的基本形式或控制的基本方法方面都已趋于成熟。然而,开关型逆变器技术仍然在许多方面以更快的速度不断地发展,从总体来看,可以包含以下方面:

  (1)高频化

  开关型逆变器在高频化的发展方向上已经取得了很大的成就。高频化技术直接导致了隔离变压器和交流滤波器体积、重量的明显减小;同时,高频化也导致了开关损耗的迅速增加和电磁干扰的增大。高频化的发展也在很大程度上受制于逆变器转换功率的量级。

  软开关技术的提出和应用在很大程度上缓解了开关损耗和电磁干扰的影响,特别是PWM软开关技术在实现软开关的同时,兼顾了脉宽调制线性化和易于实现的优点,因此获得了广泛的应用。当前,逆变器高频化技术在中小功率高频链多级变换逆变器中的应用已相当成熟,但各种高频链单级变换逆变器的应用和谐振型高频链单级变换逆变器的应用正在推广之中,其中有很多技术问题还需要进一步的探索和研究。自从美国威斯康星(Wisconsin)大学的D.M.Divan教授提出直流母线谐振软开关技术和桥臂极谐振软开关技术后,逆变器的高频化开始向中大功率等级逆变领域扩展,由于受到大功率器件开关特性的制约,这个领域的高频化还有许多事情要做。

  (2)逆变器的模块集成化发展

  功率器件的模块化和智能化过程实际上由来已久了。随着集成技术的进步,模块内除功率器件之外,还集成有相应的接口电路、保护电路(含过电流、过电压、欠电压和过热保护等)和驱动电路,通常称为智能功率模块(IPM)。如果把控制电路也集成到功率模块中去,便形成所谓的功率集成电路(PIC),这是微电子技术与电力电子技术的完美结合,是电力电子技术的重大进步,并且已经在许多应用领域显示出巨大的优越性。但需要指出的是:无论是IPM还是PIC,由于受到模块中电、热、磁等多种因素的影响,特别是电感和电容等无源器件的影响,在集成的功率等级和形成集成化的功率变换装置上都还很有限。

  (3)开关型逆变器的数字化、网络化控制

  传统的开关型逆变器多为模拟控制。随着数字控制芯片的快速发展,逐渐出现了数字-模拟混合型控制。虽然模拟控制有其连续性好和响应速度快等许多优点。但其存在许多固有缺陷,如电路复杂、调试困难、稳定性和一致性差等。随着开关型逆变器的模块化和串并联技术的发展,特别是在分布式系统中对开关型逆变器的控制具有网络化的功能要求,模拟控制电路将无能为力。

  各种专用的高速数字处理芯片数字信号处理器(DSP)和大规模现场可编程逻辑门阵列芯片(FPGA)的出现极大地提高了信息的处理速度和处理能力,使得开关型逆变器的数字化,网络化控制实现已成为今后发展中最重要的趋势。它的优越性主要可体现在以下方面:可以使开关型逆变器的控制具有网络化的功能,即逆变器的工作可按控制中心的指令实时改变;其工作参数可通过数据通信进行传送;可以方便地实现各种高性能的控制算法,包括各种参数可设定的或自适应的PID控制、重复控制、各种智能控制等;可以按负载特性的不同灵活地进行控制策略、控制方法和控制参数的调整,而通常不必重新制作硬件电路板,所有的工作可以通过软件设计完成;易于实现标准化的设计,使得可靠性提高、一致性好、维修方便;易于实现系统的监控、故障诊断及安全运行的冗余控制。

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