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标题: CPLD应用航空1l5V/400Hz高频链逆变电源 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-12 18:53
标题: CPLD应用航空1l5V/400Hz高频链逆变电源
　　0 引言

航空配电系统所用l15V／400Hz电源一般是由直流逆变所得，主要供军用飞机、雷达等设备使用。逆变电源中的能量转换过程是，直流电通过逆变电路变换成高频脉冲电压，经滤波电路形成正弦波。近来，高频链逆变技术引起了人们越来越浓的研究兴趣。高频链逆变技术用高频变压器来代替传统逆变器中笨重的工频变压器，大大减小了逆变器的体积和重量。高频链逆变技术是由Mr.Espelage于1977年提出的，它与常规的逆变技术最大的不同在于利用高频变压器实现了输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量。

传统的高频链逆变器由常规数字电路构成，存在设计复杂、抗干扰能力差等缺点。为了解决该问题，本文采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)来实现控制电路的设计。CPLD是在PAL、CAL的基础上发展起来的阵列型PLD，具有高密度、高速度的优点。本系统采用的是Altera公司MAX7000S系列的EPM7128SLC84-6可编程器件，该器件采用第二代多阵列矩阵结构，工作电压为5V，支持系统编程，工作频率可达151．5 MHz，具有128个宏单元，每个宏单元中的可编程扩展乘积项可达32个，具有可编程加密位，可对芯片内的设计加密。

　　l 高频链逆变电源主电路结构

传统带隔离变压器的逆变电源由高频逆变器、整流器、PWM逆变器和输出滤波器组成，需要3级功率变换，存在通态损耗高，且只能单相功率传输等缺点。

图1所示为双向电压源高频链逆变器的原理图，该方案是目前实现双向传输功率的常用方案。前级电路由全桥移相控制电路和高频变压器组成，后级电路采用周波变换的交交变频器。高频链逆变器采用直流一高频交流一低频交流的电路拓扑，全桥移相控制电路通过软开关ZVS方式将直流电压斩波成不含低频成分的高频脉冲，通过高频变压器送入周波变换器，后者通过PDM方式将高频交流脉冲恢复为正弦脉宽调制波(SPWM)，经过低通滤波器输出光滑的正弦波信号。因为该逆变器只有二级功率变换环节，并且可以做到两级的软开关控制，开关频率很高(100kHz)，所以效率较高，体积较正弦脉宽脉位调制(SPWPM)方式的逆变器要小。
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系统整体电路框图如图3所示，控制电路包括DSP和CPLD两部分，输出电压反馈给控制电路，控制电路根据给定输入，相应调整前端逆变电路和后端周波变换电路的触发脉冲。逆变的移相控制电路的实现方法相对简单，图4是移相控制电路的实现方法，其中Ve为锯齿波载波信号，Vml和Vm2为调制信号。当载波信号高于调制信号时，输出高电平；当载波信号低于调制信号时，输出低电平。由于移相控制的开关频率固定，且输出信号占空比为50％，因此将V1-和V2信号的上升沿作为触发信号，进行二分频，则可以获得开关管S1和S4的驱动信号vgs1和vgs4，通过互补关系可以获得S2和S3的驱动信号vgs2和vgs3。本部分的功能通过CPLD来实现，由Verliog编程获得。

在电压型高频逆变电路中，周波变换器的换流问题成为研究的难点和关键。原因是如果强行关断功率管以实现换流，会在滤波电感中产生反向电动势。周波变换器电路PDM控制方式触发脉冲的产生是研究的重点。用传统的方法实现同步较困难，一般采用CPLD进行同步设计，其中的数字电路可以确保实现精确的同步控制。其控制逻辑框图如图5所示。图中同步信号由移相控制信号开环合成，vgs1表示超前桥臂S1开关的控制信号，延迟a1角，进行异或是为了得到与S1同步的二倍频信号S1,″，再延迟a2角获得Vk1，它作为D触发器的时钟信号，将常规SPWM波转化为软化PWM波，Vk1二分频获得vgs1信号，它决定了双向开关切换时刻。
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