摘要：電流型整流器具有降壓輸出的優(yōu)勢(shì)，適用于數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車等應(yīng)用場(chǎng)合。為了將電壓型整流器的成熟技術(shù)移植到電流型整流器中，文章對(duì)兩種整流器的換流過(guò)程進(jìn)行分析比較，并分別提取了各整流器的換流電路，通過(guò)LTSPICE仿真對(duì)整流器的換流過(guò)程進(jìn)行分析比較。結(jié)果表明，由于電路結(jié)構(gòu)的不同，兩種整流器在換流過(guò)程中呈現(xiàn)出不同的換流規(guī)律。

關(guān)鍵詞：VSR；CSR；LTSPICE仿真；換流過(guò)程；電流型整流器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM461 文章編號(hào)：1009-2374（2017）11-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.060

1 概述

PWM整流器是采用全控型器件，將脈寬調(diào)制技術(shù)與整流器控制策略相結(jié)合，從而使整流器網(wǎng)側(cè)電流正弦化，是一種“綠色電能變換”的整流器。PWM整流器的主電路根據(jù)輸出特性有兩大類，分別為電壓型PWM整流器（Voltage Source Rectifier，VSR）與電流型PWM整流器（Current Source Rectifier，CSR）。

電壓型PWM整流器以其開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)制方便、效率較高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期是PWM整流器研究的熱點(diǎn)與應(yīng)用的首選。電流型PWM整流器，又稱buck整流器，具有降壓輸出、濾波器體積小等優(yōu)勢(shì)，適用于通訊、數(shù)據(jù)中心的前端，也適用于電動(dòng)汽車充電器、感應(yīng)加熱、變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)合，然而電流型PWM整流器的研究相對(duì)較少。由于VSR具有較成熟的技術(shù)，將CSR和VSR進(jìn)行對(duì)比，可以更有利于CSR的研制。

為了將電壓型整流器的成熟技術(shù)移植到電流型整流器中，本文對(duì)兩種整流器的換流過(guò)程進(jìn)行分析比較。并通過(guò)LTSPICE仿真和雙脈沖實(shí)驗(yàn)探索規(guī)律。

2 變換器換流分析

電壓型整流器和電流型整流器的儲(chǔ)能單元、開(kāi)關(guān)單元、控制及調(diào)整方法均不相同，對(duì)應(yīng)的換流波形也有所區(qū)別。

2.1 VSR和CSR的換流分析

如圖1所示，電壓型整流器直流側(cè)采用電容濾波，同一橋臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管不能同時(shí)導(dǎo)通，通常換流是在橋臂的上管和下管之間進(jìn)行換流，當(dāng)忽略非換流器件結(jié)電容的影響，僅分析換流開(kāi)關(guān)單元。

電流型整流器的輸出端采用電感作為儲(chǔ)能元件，換流過(guò)程中需要確保一條電流回路，避免直流側(cè)電感上出現(xiàn)大的電流波動(dòng)。所以CSR中換流通常發(fā)生在同一側(cè)橋臂電路上，即上側(cè)或下側(cè)橋臂之間的開(kāi)關(guān)管進(jìn)行換流，當(dāng)忽略非換流器件結(jié)電容的影響，僅分析換流開(kāi)關(guān)單元。

2.2 仿真分析

在LTSPICE軟件中建立整流器的換流模型。仿真電路中采用的功率管和二極管均為CREE公司的器件，器件的仿真模型來(lái)自CREE公司官方網(wǎng)站。

表1所示為器件的定額參數(shù)。表2所示為電路仿真參數(shù)。此外，為了使仿真結(jié)果更加準(zhǔn)確，在換流回路中加入了回路寄生電感。在仿真電路中，需要注意的是要確保SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓范圍在-5～25V之內(nèi)。

圖2（a）、（b）分別為VSR換流電路和CSR換流電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于VSR中需要防止橋臂直通，在換流開(kāi)關(guān)中需要加入死區(qū)時(shí)間，因此S2處于常斷狀態(tài)，與此相反，CSR中需要加入疊流時(shí)間，為此S2處于常通狀態(tài)。

圖3所示為基于VSR的仿真結(jié)果，圖4所示是基于CSR的開(kāi)關(guān)單元換流波形。圖中實(shí)線是10Ω柵極驅(qū)動(dòng)電阻下的開(kāi)關(guān)波形，虛線是0.3Ω柵極驅(qū)動(dòng)電阻下的開(kāi)關(guān)

波形。

將圖3和圖4的波形進(jìn)行對(duì)比，可以看出，CSR在換流過(guò)程中開(kāi)關(guān)管的電壓電流振蕩頻率比VSR的振蕩頻率大。CSR中換流波形的衰減速度比CSR中衰減速度快。對(duì)比10Ω驅(qū)動(dòng)電阻對(duì)應(yīng)的實(shí)線波形和0.3Ω驅(qū)動(dòng)電阻對(duì)應(yīng)的虛線波形中，可以得知在VSR和CSR中，驅(qū)動(dòng)電阻對(duì)換流的影響規(guī)律一樣，即驅(qū)動(dòng)電阻的減小可以加快開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度，同時(shí)加大功率管的振蕩幅度。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)比分析了VSR和CSR的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合變換器的換流原理，從變換器中分別提取了對(duì)應(yīng)的換流電路，并通過(guò)LTSPICE仿真和雙脈沖實(shí)驗(yàn)對(duì)換流過(guò)程進(jìn)行分析。

仿真表明，由于換流回路的寄生電感和晶體管的結(jié)電容影響，在換流過(guò)程中存在著振蕩現(xiàn)象；由于CSR的開(kāi)關(guān)單元是由功率管和二極管串聯(lián)組成，開(kāi)關(guān)單元具有導(dǎo)通電阻大、結(jié)電容小等特點(diǎn)，所以換流波形存在著振蕩頻率高衰減系數(shù)大等現(xiàn)象。此外，降低驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電阻可以加快開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度，但也會(huì)增大波形的振蕩幅度，因此在選擇驅(qū)動(dòng)電阻時(shí)要綜合開(kāi)關(guān)速度和振蕩幅度兩方面因素進(jìn)行綜合選擇。

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作者簡(jiǎn)介：楊錦春（1981-），男，江蘇吳江人，連云港市環(huán)境衛(wèi)生管理處工程師，研究方向：電子信息。

（責(zé)任編輯：蔣建華）