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三电平直流变换器的交错式PWM方法

更新时间:2016-07-05

由于功率开关管的电压应力仅是输入电压的一半,三电平结构被广泛应用于高压场合,如三相功率因数校正电路的后级等。在常用的几种三电平半桥结构中,桥臂串联型三电平结构使用的元件最少,不需要任何箝位二极管与飞跨电容,调制方法也最为灵活[1-6]

做法:1.羊肉洗净;洋葱洗净切片;葱白洗净,切段;青红椒均洗净,切片;姜去皮,洗净,切片;将大料、花椒用纱布包好,制成香料包。

输入分压电容和隔直电容的均压是三电平变换器正常工作的前提[7-8]。在实际电路中,驱动电路延时、开关管和输入分压电容等参数的不一致,均可能导致偏压,从而导致主功率管电压应力增加、整流二极管电流应力不一致、变压器偏磁等问题。因此,必须对输入分压电容电压等进行均压控制。目前主要有两类方法:一是添加辅助电路[7]或者构造相应拓扑[9-11]实现自动均压;二是使用反馈控制的方法,在控制电路中添加一个均压环[13-15]

(三)寄生虫性腹泻的综合防治合理的驱虫程序是防治该类疾病的基础。驱虫程序:35~70日龄的仔猪应进行1~3次驱虫,怀孕母猪应在产前3个月和产前1周进行驱虫,后备、空怀猪及种公猪,每年驱虫3~4次,育肥猪应在春秋两季对全群猪各驱虫1次。经常清扫猪圈。将猪粪集中储粪池发酵消灭虫卵、幼虫或卵囊。

自动均压似乎是一个很好的解决方案。通过引入一个飞跨电容,并在不同的电路阶段交替将两个输入分压电容与该飞跨电容并联,从而保证三者的电压相等[9-11]。然而,这些拓扑只能使用频率调制,无法使用对称脉冲宽度调制PWM(pulse width mo-dulation)方法,因为引入的飞跨电容不允许其使用(S1,S4)和(S2,S3)等开关组合,其中(Sx,Sy)表示 Sx和Sy同时导通。此外,当分压电容与飞跨电容之间存在电压差时,直接并联会引起较大的电流尖峰[12]

除了在主电路中增加元件,也可以使用反馈控制的方法实现电容均压。在均压环中,存在2个被控量——输入分压电容电压和隔直电容电压。因此,需要两个控制量,通常选择驱动信号的占空比和相位差,即图1(b)中的 Dp、Dn和 PS。在文献[13,14]中,针对非隔离型三电平变换器,由于不含隔直电容,将相位差固定为180°,仅调节占空比来实现输入分压电容的均压。对于桥臂串联型三电平半桥拓扑,文献[15]通过调节占空比来平衡隔直电容电压,同时调节正、负半周之间的相位差来均衡输入分压电容的电压。然而,其需要隔离采样输入电压、输入分压电容电压和隔直电容电压等3个电压,同时,由于控制量与被控量之间的相互耦合关系,控制电路的参数设计比较复杂。

1) When a main generator fails, the other main generator work normally and the loads connected to the failed generator will be transferred to the normal working generator through breaker;

本文提出了一种新颖的PWM方法。与传统PWM方法相比,该方法可以将隔离电容的电压始终保持在输入电压的一半左右,大大简化了采样电路和均压控制方案。

1 传统PWM调制

图1为三电平半桥LLC谐振变换器的原理图及传统PWM调制时的主要波形。Cd1、Cd2为输入分压电容,S1~S4是开关管,C1~C4为其等效输出电容,谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr构成LLC的谐振腔,Cr同时还具有隔直的作用。Dp、Dn分别为正、负半周占空比,Tpc和Tnc是Cd1和Cd2的充放电时间。PS是正半周期和负半周期之间的相位差。vAB为A、B两点间的电压差,VAB是其平均值。Vin为输入电压,Cd1和Cd2上的电压纹波非常小,后续分析中将使用其直流分量Vcd1和Vcd2代替。Vcr是Cr的平均电压。ir和im分别为谐振电流和励磁电流,id为输入分压电容的净充放电电流。

图1 桥臂串联型三电平半桥LLC谐振变换器 Fig.1 Leg-series three-level half-bridge LLC resonant converter

理想情况下,变换器的各参数和开关管的驱动信号都是对称的,即Dp=Dn,Tpc=Tnc。因此各电容电压均等于其理想值,Vcd1=Vcd2=Vcr=Vin/2。然而,在实际电路中,由于驱动电路延时、开关管和输入分压电容参数等不一致,会导致上述电压偏离理想值。

交错式PWM调制方法可以使用数字控制器轻松实现。以TI公司的C2000系列DSP为例,一个DSP芯片具有多个EPWM模块,每个EPWM模块包括一个计数器CTR(counter)和一个比较寄存器CMPR(compare register), 可以产生2路PWM信号,用来驱动2个开关管。如图3所示,CTR1和CMPR1分别是S1和S2的载波信号和调制信号,CTR2和CMPR2是S3和S4的载波信号和调制信号。PRD为开关周期,Duty是用于调节占空比的参数。由图可见,PWM1 的 CMPR1 等于 (PRD-Duty),PWM2 的CMPR2等于Duty。因此,在交错式PWM调制中,CMPR1和CMPR2在相邻的两个开关周期内需在PRD-Duty与Duty之间切换,而这可以通过在CTR等于0时更新CMPR来实现。使用传统PWM调制时,由于输出电压或输出电流闭环,CMPR也需要每个开关周期进行更新。因此,交错式PWM调制并没有带来软件计算量的增加。

而Vcd1和Vcd2与占空比和相位差均有关。但严格来说,式(1)并不准确,Vcr不仅与占空比相关,还与Vcd1或 Vcd2有关。由于 Vcr和 Vcdx(x=1,2)都受到占空比和相位差的影响,所以必须仔细设计均压控制环的参数,否则该耦合关系很容易导致电容电压的低频振荡。

2 交错式PWM方法

对于图1中的拓扑,为保证输入分压电容的电荷平衡,存在两种PWM方法,如图2所示。对后级电路来说,二者的区别在于Tpc和Tnc期间vAB的幅度不同,PWM1时等于 Vcd1,而 PWM2时等于Vcd2。该拓扑不允许使用移相调制,否则Tpc和Tnc期间会对某一分压电容一直充电或放电。

当时,医院有大量挂号窗口、收费窗口,每个窗口都人头攒动,也总是排着大长队,信息技术技术主要是辅助财务人员收费。杭州市第一人民医院也是如此。

图2 传统PWM方法 Fig.2 Traditional PWM methods

稳态时,电感两端的平均电压为0,因此隔直电容电压平均值等于谐振腔输入电压平均值,即

将式(2)中的2个表达式相加再除以2,可得

上述过程可以通过在相邻2个开关周期中交替使用PWM1和PWM2实现,如图3所示,因此称为交错式PWM调制。式(3)表明Vcr仅与占空比的差值有关,不再受Vcdx影响。在实际电路中,虽然占空比的差异不可避免,但该差值通常非常小,不会导致Vcr的显著偏差。例如,当|Dp-Dn|=1%时,Vcr的偏离程度也仅有1%,甚至低于隔离采样的误差。因此使用交错式PWM调制时,不再需要采样Vcr

文献[15]声明隔直电容电压Vcr只受占空比影响,即

图3 交错式PWM调制方法 Fig.3 Interleaved PWM method

2.1 偏压原理

在实际电路中,不同的延时和占空比损失等问题会导致不对称的驱动信号,进而导致电容电压失衡。交错式PWM调制的驱动信号不一致可以归纳为2种情况:①载波信号的相位差不等于0;②正、负半周的占空比不相等。其主要波形如图4所示。

2.1.1 相位差不等于0

若S3和S4驱动电路中的延时比S1和S2的更长,则可等效为载波信号CTR2滞后于CTR1,此时电路的主要波形如图4(a)所示。由于正、负半周的占空比仍相等,即Dp1+Dp2=Dn1+Dn2,根据式 (3)有Vcr=Vin/2。此时 Tpc1=Tnc2<Tnc1=Tpc2, Tpc1和 Tnc2期间 id<0,说明 Cd1处于放电状态;Tnc1和 Tpc2期间 id> 0,Cd1充电。与驱动对称时相比,Cd1的放电时间减少、充电时间增加,因此 Vcd1>Vcd2

(1) 在抗滑桩间距为最佳桩间距时,桩后土拱与桩侧土拱联合并存,联合的土拱可分解为两个单独的土拱[14]。

2.1.2 正、负半周占空比不相等

若相邻2个周期的CMPR值之和不等于PRD,则正、负半周占空比不相等。当其和大于PRD时,Dp>Dn;反之,则 Dp<Dn

图6不仅证明不对称的驱动信号会导致电容电压失衡,而且还表明可以通过调整CTR2的相位来校正Vcdx,而Vcr仅与Dp与Dn的差值成正比。

图4 驱动不对称时的运行情况 Fig.4 Operation under asymmetrical driving signals

此时相邻2个周期中各对应的时间量是相等的, 即 Dp1=Dp2、Dn1=Dn2、Tpc1=Tpc2、Tnc1=Tnc2。Tpc1 时 Cd1放电,Tpc2时 Cd1充电。假设 Vcd1>Vcd2,则 Tpc1期间 vAB较大,导致ir的下降速度变慢,因此Cd1的放电量将增加;同时,Tpc2期间vAB较小,ir的下降速度变快,使Cd1的充电量减小。此消彼长之下,Vcd1将减小而Vcd2将增加,并最终相等,即Vcd1=Vcd2

一般情况下,工匠精神主要是指在具体的工作中,工匠们可以对设计具有独特的见解,能够严格的控制质量,并随着时代的发展,可以对相关技术进行积极的完善和革新,保证可以有效提升制作的效果和水平,促进企业的可持续发展。新时期也赋予了工匠精神新的含义。对于工匠精神来说,其是现代精神与传统职业价值有效融合的结果。在现代的社会中,工匠精神除了要具备尊师重教的精神,还应该具备较高的创新精神,保证可以提升工作的高效性,推动企业发展进程。

因此,可以得出结论:当CTR1和CTR2之间的相位差不为0时,如果CTR2滞后于CTR1,则Vcd1将大于Vcd2,同时Vcr不受影响。当Dp不等于Dn时,如果 Dp> Dn,Vcr将大于 Vin/2 且与 Dp和 Dn之间的差成比例,同时Vcd1和Vcd2不受影响。

2.2 均压策略

经过对偏压原理的分析可知,使用交错式PWM调制方法时,Vcdx与Vcr、相位差与占空比之间是两两解耦的,即Vcdx仅与载波间的相位差有关,而Vcr仅与Dp和Dn的差有关。同时,相位差与占空比差值的调节也是相互独立的。这种解耦的关系大大简化了均压控制方案的复杂度。

图5为采样及控制电路框图,其中包含2个完全独立的控制环路:输出电压环及输入分压电容电压环。在PWM调制中,输出电压和功率的调整通过改变占空比实现,即Dp=Dn=Duty/PRD。实际驱动电路中普遍存在的问题,如延时和占空比损失不一致等,会导致轻微的占空比差异。但是,当使用交错式PWM方法时,该差异对Vcr的影响很微弱,其值仍可以维持在理想值附近。因此,可以不再采样和控制Vcr,只需要平衡输入分压电容电压即可,而这可以通过调节CTR1与CTR2之间的相位差实现。

CRE菌株常见耐药机制有4种:①CRE菌株产碳青霉烯酶;②菌株外膜蛋白表达缺失伴产超广谱β内酰胺酶(ESBLs)和头孢菌素酶(AmpC);③抗菌药物作用靶位改变;④菌株外排泵高表达。有研究提出所有CRE菌株中约50%为产碳青霉烯酶类的耐药菌[3],其次为孔蛋白表达缺失伴产 ESBLs和AmpC,而抗菌药物靶位改变和外排泵高表达则较少报道。

式中:Rp1=[(R4∥R6)+R5]∥R7;Rp2=[(R3∥R7)+R5]∥R6;K的取值由Vin和采样引脚的输入电压范围决定;Vref为参考电压,可使用TL431获得,取为2.5 V。Vbias可通过电阻分压调节,为提高采样精度,可取为1.6 V,因为数字控制器的采样引脚的输入电压范围通常为0~3.3 V。

Vcd2与Vin共地,因此只需要一个光耦,而使用传统PWM方法时,则需要3个光耦[15]。此外,数字控制器的采样引脚无法识别负电压,所以在采样电路中加入了偏置电压Vbias。因此,运放的输出电压ΔVcd的计算公式为

偏差信号ΔVcd经光耦隔离后,再经过一个PI控制器,便可调节载波信号CTR2的相位。若Vcd2小于 Vin/2,则 ΔVcd>Vbias,将提前 CTR2 的相位,使其超前于CTR1;反之,则延迟CTR2。

紫云走上前去,她想看看这个毁灭自己前程的人,如何面对现实。她大大方方地走出房门,调侃道:“哟,原来是贵人回来了,怎么不先说一声呢?”

此外,当占空比等于0.5时,交错式PWM与两种传统PWM再无区别,均变成频率调制。但是该均压控制方法仍有效,即仅调节CTR2的相位来均衡输入分压电容电压。隔直电容电压始终在其理想值附近,无需控制。

图5 均压控制电路框图 Fig.5 Block diagram of voltage-galancing control circuit

3 实验验证

实验原理图如图1(a)所示,样机的主要参数如下:Cd1=Cd2=40 μF,Lr=63 μH,Cr=33 nF,Lm=370 μH,变压器匝比 34:1,S1~S4为 IPP65R190CFD,Co=2.64 mF,D5~D6为 BSC010NE2LS,Vin=400 V, 开关频率fs=100 kHz,输出电压 Vo=5.5 V,输出电阻 Ro=1 Ω。数字控制器为TMS320F28035,PWM发生器的时钟频率为 60 MHz, 因此 PRD=60 MHz/(2×100 kHz)=300。

□日前,国家体育总局在巡视整改情况通报中介绍,国家体育总局对领导干部配偶、子女和子女的配偶在总局系统内工作情况认真清查,建立了整治“近亲繁殖”台账。同时,修订了事业单位公开招聘实施办法,明确干部配偶、子女和子女的配偶原则上“不得报考单位公开招聘岗位”,建立防治“近亲繁殖”长效机制,切实把好入口关。(10月28日《新京报》)

图6为不对称驱动下的实验波形。为了使实验条件与理论分析尽可能一致,对4路驱动电路的延迟时间和占空比损失进行了校正,使其尽量一致,而不对称的驱动信号由数字控制器直接产生。

相位不对称时的实验波形如图6(a)所示,其中CTR2滞后CTR1的时间为333 ns,等于开关周期的3.33%。同时,CMPR1和CMPR2以图4(b)的方式在105~195之间切换,使Dp=Dn=0.35。由实验波形可知:Vcd1>Vcd2, 与理论分析结果一致;Vcr=201.7 V,非常接近计算值200 V。

不对称占空比下的实验波形如图6(b)所示,其中 Dp=0.35,Dn=0.25,CTR1 与 CTR2 同相。CMPR1和CMPR2在105~225之间切换。可知,Vcr=220.2 V,与计算值220 V吻合很好。同时,两输入分压电容电压相等,Vcd1=200.6 V、Vcd2=200.7 V。需要说明的是,为了清晰地体现电压不均衡,选择了很大的驱动信号不对称度。通常情况下,实际电路中的占空比差异远小于0.1,因此Vcr可以始终维持在Vin/2附近。

综上所述,中国共产党人在领导中国人民进行革命、建设和改革的90多年征途上,实现了马克思主义基本原理与中国具体实践相结合的两次历史性飞跃,作为实践成果,探索到两条具有中国特色的成功道路,即新民主主义革命道路和中国特色社会主义道路。作为马克思主义中国化第一次飞跃的理论成果,是毛泽东思想;作为马克思主义中国化第二次飞跃的理论成果,是邓小平理论、“三个代表”重要思想和科学发展观等。

Dp>Dn时的关键波形如图4(b)所示,其中相邻2个周期的CMPR1之和与CMPR2之和均等于PRD+delta,大于 PRD。根据式(3)可知,此时 Vcr>Vin/2。

图6 驱动不对称时的实验波形 Fig.6 Experimental waveforms with asymmetrical driving signals

图7给出了带与不带均压控制时的实验波形。在图7(b)中,均压控制被禁用,尽管数字控制器产生的驱动信号是对称的,但由于驱动电路和主电路的不对称性,2个输入分压电容并不均压,Vcd1≠Vcd2。但是由于交错式PWM的使用,VAB=201.0 V,即Vcr=201.0 V,隔直电容电压基本平衡。图7(a)描绘了均压控制由禁止到使能时的转换过程,并提供了CTR2的相位轨迹。CTR2的相位本是数字控制器中的一个寄存器,通过线性的数模转换显示在实验波形中。幅度等于1.65 V表示CTR2与CTR1同相;若幅度大于1.65 V,则表明CTR2超前CTR1,反之,CTR2滞后CTR1。因此,如图7所示,当均压控制被禁用时,CTR2与CTR1同相;使能后,由于反馈控制,CTR2的相位被提前,以平衡输入分压电容电压Vcdx。最终,如图7(c),实现了 Vcdx的均压,Vcd1=Vcd2,且Vcr=VAB=200.9 V。以上过程验证了所提均压控制的有效性。

本文提出了一种用于半桥三电平直流变换器的交错式PWM方法,并在对其偏压原理进行分析的基础上,提出了相应的均压控制方案。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。相比于传统PWM方法,该方法的主要优点有:

图7 带和不带均压控制时实验波形 Fig.7 Experimental waveforms with and without the voltage-balancing control

4 结论

教师对受教育者的内在动力进行充分的调动,并鼓励、督促其进行自我道德陶冶。陶冶教育法的主体就是高中生,且教师与高中生互动才是陶冶教育法的关键所在,其效果好坏并不单单取决于教师,极大部分会取决于受教育者的自身领悟、参与能力。能激发出多少受教育者的内在动力,能否做到强调受教育者的主体地位,会影响高中生的参与效果,其自身的参与情况会直接影响到其自我陶冶的效果和作用。

(1)将输入分压电容电压与占空比、隔直电容电压与相位差的关系解耦。正、负半周的占空比差值仅影响隔直电容电压,载波间的相位差只影响输入分压电容电压。因此,控制电路的设计更简单,结果更易于稳定。

(2)只需要1路隔离采样,降低了成本。

此外,该交错式PWM调制也适用于飞跨电容型半桥三电平变换器。均压控制策略在使用频率调制的场合仍然适用。

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刘威,吕征宇
《电源学报》 2018年第02期
《电源学报》2018年第02期文献

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