4諧振式濾波器分析

不對稱半橋變換器的輸出端vs(t)為準半方波，而輸出電壓波形THD要小于2%，則必須只有采用4階和高于4階的諧振式濾波器才能濾出THD小于2%的正弦波，同時為了減小濾波器體積，選擇4階諧振式濾波器。諧振式濾波器的作用有：（1）將輸出的準方波進行濾波，隔離直流分量，減小輸出電壓的諧波含量，使波形接近正弦波；（2）在阻性負載的情況下，使得輸出電壓超前于串聯(lián)諧振支路的電流，從而實現(xiàn)全橋開關(guān)管的ZVS。設計諧振式濾波器的Ls、Cs的諧振頻率等于開關(guān)頻率，Lp、 Cp的諧振頻率高于開關(guān)頻率。為了分析方便，將Lp分解為Lp1和Lp2，其中Ls和 Cs在開關(guān)頻率處串聯(lián)諧振，Lp1和Cp在開關(guān)頻率處并聯(lián)諧振，等效電路圖如圖4所示。

圖4 串并聯(lián)諧振式濾波器等效電路圖

不對稱半橋變換器的輸出端vs(t) 經(jīng)傅立葉分解得到（2）式。

（2）

其中，Vin為直流母線電壓，D為開關(guān)管Q1的占空比， 為基波角頻率。

不對稱半橋變換器的輸出端vs(t)經(jīng)諧振濾波器濾波后得基波電壓，即輸出電壓的有效值為：

（3）

輸出電壓與輸入電壓之比和開關(guān)管Q1的占空比D的關(guān)系如圖所示。

圖4 輸出電壓與輸入電壓之比和D的關(guān)系

相對于基波來說，諧振濾波器為感性。按傳統(tǒng)的串并聯(lián)諧振濾波器設計[4]在基波頻率下完全諧振的Ls、Cs和Lp1、Cp；再通過軟開關(guān)實現(xiàn)條件設計電感Lp2。

5 仿真結(jié)果

為了驗證本方案的可行性，對此逆變器進行了仿真驗證。仿真數(shù)據(jù)如下：輸入電壓Vin=510V，輸出電壓Vo=500V，輸出電壓頻率為118kHz；Ls=88μH；Cs=20nF；Ls=20μH ；Cp=70nF ；開關(guān)頻率fs=118kHz；變壓器初次級變比

。