1.2.1 逆变驱动电路的研究概况
近年来国外关于压电变压器逆变驱动电路的相关文献不断增多,大多应用于驱动冷阴极荧光灯及直流-直流变换器中。典型的逆变电路有单端准谐振逆变电路,如图1.2所示。该电路工作过程分为两个状态:S1闭合时,电源对电感L充电,S1断开后,电感对变压器的输入端放电,输入电感L与压电变压器的输入电容组成串联谐振电路,压电变压器的输入电压波形为准正弦波。此类电路的优点是:采用单开关控制可缩小电路的体积,开关损耗小,可工作在高频状态。该电路的缺点是:开关承受的电压高于输入电压的若干倍,一般用于小功率输出场合。
图1.2 典型单端准谐振逆变电路
推挽型逆变电路如图1.3所示,文献[48]用该逆变电路驱动CCFL,工作过程分四个状态:假设初始状态为S1、S2均闭合,当S1闭合、S2断开时,电源通过电感L 2和PT的输入电容组成谐振电路工作,PT的输入端为正弦波;S1闭合、S2闭合,此时PT输入端没有电压信号输入;S1断开、S2闭合,电容通过电感L 1充电,压电变压器的输入端为正弦波;S1闭合、S2断开,输入端电容通过L 2充电;S1闭合、S2闭合,压电变压器输入端没有电压信号输入,通过依次轮流重复上述四个状态,PT的输入电压波形为两极性的准正弦波。该电路与上一电路相比,开关和电感分别多了一倍,但开关的电压是电源电压的两倍左右,与上一电路相比有所降低,由于使用了两个功率开关器件,电路可获得较大的功率输出。
图1.3 典型推挽型逆变电路
全桥型逆变电路如图1.4所示,该电路工作过程也为四个状态:S1闭合、S2断开、S3断开、S4闭合,输入端电容正向充电;S1断开、S2闭合、S3断开、S4闭合,输入端电容放电;S1断开、S2闭合、S3闭合、S4断开,输入端电容反向充电;S1断开、S2闭合、S3断开、S4闭合,输入端电容放电。如果在S1与S2之间以及S3与S4之间插入一个死区,只要严格控制死区的时间,就可以很容易地实现零电压开关(ZVS)。全桥型逆变电路中功率开关器件的耐压值只要大于电源电压值即可,比推挽式功率变换电路所用的功率开关器件需承受的电压要低1/2。但该电路驱动控制电路较为复杂。
半桥型逆变电路如1.5所示,该电路工作过程分三个状态:S1闭合、S2断开,输入端电容保持充电完成状态,电压为一恒定值;S1断开、S2断开,输入端电容放电;S1断开、S2闭合,输入端电容保持放电完成状态;S1闭合、S2断开,输入端电容充电。再经过串联电感电容的作用,变压器输入端的电压就为正弦波。其中S1、S2同时断开的过程就是ZVS实现的过程。半桥逆变电路功率开关承受的最大电压值也为电源电压值,该电路特别适合应用在高电压输入和大功率输出的场合,再加上要比全桥电路控制简单,所以应用越来越普遍。
图1.4 全桥型逆变电路
图1.5 半桥型逆变电路
半桥逆变电路除了图1.5外,常见的电路按电感和电容的连接方式不同,又可分三种情况。
第一种,如图1.6所示,无任何电感性元件。因此为了保证ZVS的完成,就要求压电变压器必须具有良好的电感性。即当变压器处于工作频率时,其等效阻抗必须为电感性的。该电路优点是没有磁性元件,电路更简单。缺点是对压电变压器自身的特性有特殊要求使其应用范围受到限制。
图1.6 无电感半桥型逆变电路
第二种,如图1.7所示,并联电感。因为该电路压电变压器输入端电压为软方波(梯形波),所以由高次谐波引起的噪声和功耗较大。优点是设计自由度大,应用不受限制。
第三种,如图1.8所示,串联电感。文献[53]用该电路实现了冷阴极荧光灯的驱动,该电路中压电变压器输入端电压为正弦波电压,与上一种电路相比高次谐波的影响很小,应用最为广泛。
图1.7 并联电感半桥型逆变电路
图1.8 串联电感半桥型逆变电路