中心論題：

• 高頻變壓器偏磁機理
• 偏磁抑製措施比較
• SPWM直流偏磁抑製原理及方法

解決方案：

• 檢測出直流電壓和電流並通過恰當的電路進行校正
• 以逆變橋各橋臂與中點直流電壓及變壓器原邊的直流電流作為反饋量

相對半橋逆變器而言，SPWM全橋逆變器的開關電流減小了一半，因而在大功率場合得到了廣泛應用。在SPWM全橋逆變器中，為實現輸入輸出之間的電氣隔離和得到合適的輸出電壓幅值
，一般在輸出端接有交流變壓器。在SPWM控製的全橋逆變器中，因各種不可預見的因素，會導致輸出變壓器存在直流分量，引起單向偏磁現象。偏磁可以說是SPWM全(quan)橋(qiao)逆(ni)變(bian)器(qi)中(zhong)的(de)一(yi)種(zhong)通(tong)病(bing)
，隻(zhi)是(shi)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)場(chang)合(he)嚴(yan)重(zhong)程(cheng)度(du)不(bu)同(tong)而(er)已(yi)。變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)偏(pian)磁(ci)，輕(qing)則(ze)會(hui)使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)和(he)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)模(mo)塊(kuai)的(de)功(gong)耗(hao)增(zeng)加(jia)，溫(wen)升(sheng)加(jia)劇(ju)，變(bian)壓(ya)器(qi)機(ji)械(xie)噪(zao)音(yin)大(da)（變換器開關頻率或調製頻率在音頻範圍內時）
，嚴重時還會損壞功率模塊，直接威脅到係統的正常運行。

為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)或(huo)減(jian)少(shao)變(bian)壓(ya)器(qi)中(zhong)的(de)直(zhi)流(liu)分(fen)量(liang)，本(ben)文(wen)以(yi)逆(ni)變(bian)橋(qiao)各(ge)橋(qiao)臂(bi)與(yu)中(zhong)點(dian)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)及(ji)變(bian)壓(ya)器(qi)原(yuan)邊(bian)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)作(zuo)為(wei)反(fan)饋(kui)量(liang)來(lai)抑(yi)製(zhi)直(zhi)流(liu)偏(pian)磁(ci)。采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)設(she)計(ji)的(de)電(dian)路(lu)，經(jing)在(zai)10kHz/15kW的全橋逆變電源中應用，證明該電路有效、實用。

高頻變壓器偏磁機理
piancishizhijiazaibianyaqiliangduandezhengfanxiangmaichongdianyadefumiaochengjibudeng
，congerzaochengbianyaqicixindecizhigongzuohuixianpianlizuobiaoyuandiandexianxiang。gongzuoshibianyaqideciganyingqiangdukebiaoshiwei：

　　
勵磁電流Iμ的變化率為：
    

式中
，U1為變壓器初級電壓；Ae為鐵心截麵積
；N1為初級繞組匝數；L0為變壓器鐵芯磁路長度；μ0為空氣磁導率；μr為變壓器鐵心相對磁導率。
　　
在SPWM全橋逆變器中，由式(1)可知
，若輸出變壓器初級電壓正負半周波對稱
，則正負半周波伏秒積相等，其正反向最大工作磁感應強度Bmax也相等，鐵芯磁工作點沿著磁滯回線以中心對稱地往複運動。由圖1所示的變壓器磁芯磁化曲線可見，此時沒有偏磁存在。反之,ruoshuchubianyaqichujidianyazhengfubanzhoubobuduicheng
，zhengfubanzhoubofumiaojibuxiangdeng，zezhengfubanbociganyingqiangdufuzhiyebutong，cigongzuoquyujiangpianxiangdiyihuodisanxiangxian，jixingchengzhiliupianci。congerdaozhibianyaqitiexinbaohe，piancidechixujileizuizhonghuishitiexinjinrushendubaohe
，cigongzuodianjinrufeixianxingqu，tiexinxiangduicidaolv?滋r迅速減少。由(2)式可知，勵磁電流I?滋迅速增大，導致變壓器過熱，最終導致器件毀壞。概括地說
，逆變橋SPWM波正負脈衝不對稱是引發偏磁的根本原因。
 

造成“伏－秒”麵積不等的具體原因有：功率半導體器件(IGBT)開關速度的差異

；功率半導體器件(IGBT)通態壓降的差異；各種信號傳輸延遲的不同；電路設計不當
，工藝欠妥。

偏磁抑製措施比較
目前，在各種形式的全橋PWM變bian換huan器qi中zhong，都dou存cun在zai著zhe不bu同tong程cheng度du的de偏pian磁ci問wen題ti。為wei此ci
，在zai很hen多duo文wen獻xian中zhong提ti到dao了le各ge種zhong解jie決jue方fang法fa。一yi般ban多duo采cai用yong在zai變bian壓ya器qi原yuan邊bian串chuan聯lian電dian容rong，利li用yong電dian容rong特te有you的de隔ge直zhi特te性xing將jiang原yuan邊bian中zhong的de直zhi流liu分fen量liang濾lv除chu。這zhe種zhong方fang法fa雖sui然ran簡jian單dan但dan有you一yi定ding的de局ju限xian性xing
，因yin為wei所suo有you的de原yuan邊bian電dian流liu都dou要yao流liu過guo隔ge直zhi電dian容rong
，使shi電dian容rong的de工gong況kuang相xiang當dang嚴yan重zhong
，電dian容rong的de可ke靠kao性xing及ji壽shou命ming將jiang嚴yan重zhong地di製zhi約yue變bian換huan器qi的de可ke靠kao。

此外

，一些資料也提出了一些抗直流偏磁的控製方法，如逐脈衝電流檢測法、電流型PWM控製法、采樣保持法、雙環控製法等，但它們隻適用於DC/AC/DC變換器中的逆變部分
，或僅適用於PWM型直流變換器。又如通常采用校正每個開關周期的脈寬來消除偏磁的方法
，它應用在PWM變換器中，不存在對輸出波形的影響
；但要應用在SPWM正弦波逆變器中，由於每個開關周期的脈寬本來就不一樣
，采用此方法會導致嚴重偏離SPWM模式，產生調製失真，最終使輸出波形畸變。

SPWM直流偏磁抑製原理及方法
變bian壓ya器qi初chu級ji直zhi流liu電dian壓ya的de存cun在zai是shi造zao成cheng正zheng反fan方fang向xiang的de伏fu秒miao麵mian積ji不bu等deng從cong而er引yin發fa偏pian磁ci的de根gen本ben原yuan因yin。檢jian測ce出chu直zhi流liu電dian壓ya和he電dian流liu並bing通tong過guo恰qia當dang的de電dian路lu進jin行xing校xiao正zheng是shi抑yi製zhi偏pian磁ci的de技ji術shu關guan鍵jian。在zaiSPWM全橋逆變電路中，S1和S2通斷互補，S3和S4通斷互補，逆變橋開關管的驅動信號為調製正弦波與三角載波比較而得到的SPWM驅動脈衝信號
，此時逆變橋一橋臂與0點的電壓Uao為一直流分量Uad和基波分量及一係列諧波分量之和；同樣另一臂與0點的電壓Ubo也為直流分量Ubd和基波分量以及一係列諧波分量之和。變壓器初級直流電壓Uab=Uad-Ubd。通過分別修正每一橋臂的輸出電壓可使Uad=0和Ubd=0。所以變壓器初級繞組中的直流成分也就消除了。
　　
為了使SPWM逆變器獲得優良的動態響應特性和較小的諧波畸變率，在引入直流電壓檢測電路的同時還引入了直流電流檢測電路。
　　
通過霍爾元件檢測出高頻變壓器初級直流電流分量與橋臂直流電壓分量Uad或Ubd,同時送到PI調節器(VR)進行誤差放大。VR的傳遞函數為：

截止頻率f=KuRC(R為積分電阻，C為積分電容)。jiezhipinlvzengda，xitongdedongtaixiangyingsudujiakuai，zhongxianshuruxinhaodenengliqiang，danxitongduishurugaopinzaoyindeyizhinenglicha，guxuzonghekaolvnibianqidedongtaixingnengheshuchudianyadeTHD要求。
　　
圖2控製框圖中“0”為直流中點，“Wp”用於調節中點。LPE為低通濾波器
，分別用於檢測電壓和電流直流分量並送到PI調節器進行放大，其輸出信號作為PWM脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi)器(qi)的(de)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)，使(shi)輸(shu)出(chu)的(de)脈(mai)寬(kuan)跟(gen)蹤(zong)其(qi)變(bian)化(hua)。由(you)此(ci)得(de)到(dao)的(de)平(ping)均(jun)值(zhi)去(qu)修(xiu)正(zheng)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)的(de)參(can)考(kao)正(zheng)弦(xian)調(tiao)製(zhi)波(bo)，使(shi)其(qi)對(dui)橫(heng)軸(zhou)對(dui)稱(cheng)。若(ruo)逆(ni)變(bian)橋(qiao)的(de)輸(shu)出(chu)正(zheng)弦(xian)波(bo)向(xiang)上(shang)偏(pian)，通(tong)過(guo)修(xiu)正(zheng)，使(shi)其(qi)下(xia)偏(pian)。最(zui)終(zhong)使(shi)各(ge)橋(qiao)臂(bi)與(yu)中(zhong)點(dian)的(de)直(zhi)流(liu)分(fen)壓(ya)Uad和Ubd為零，達到消除直流偏磁的目的。整個實現過程為閉環動態過程。

虛線部分的具體電路由兩套完全相同電路組成。低通濾波器采用RC無源低通濾波器實現，電容應選擇泄漏電流小高頻特性好的CBB類電容，以滿足可以濾除基波及基波以上的交流分量。耐壓應大於400V。核心電路采用一片雙端輸出的PWM控製集成電路SG3536構成推挽式結構。PI積分放大器積分電容應選擇精度高、泄漏電流小的聚丙烯電容以減少積分誤差
，輸出偏差電壓采用脈衝變壓器隔離並獲得需要的增益。

實驗結果
本文所給出的控製電路應用在介質阻擋放電產生等離子體發生器所用的10kHz/15kW的全橋逆變電源中，經實驗測試輸出變壓器未出現偏磁現象，同時其溫度降低了近20℃
，總諧波含量也降低了4～5個百分點。達到了最初的設計要求。瞬時值反饋控製使SPWM逆變器獲得了優良的動態響應特性和較小的諧波畸變率。圖3(a)為無抗偏磁電路電源電壓輸出波形，因變壓器存在直流偏磁導致波形畸變。圖3(b)為有抗偏磁電路電源電壓輸出波形，呈正弦波。

通(tong)過(guo)對(dui)逆(ni)變(bian)橋(qiao)每(mei)一(yi)橋(qiao)臂(bi)與(yu)中(zhong)點(dian)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)分(fen)量(liang)和(he)變(bian)壓(ya)器(qi)原(yuan)邊(bian)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)分(fen)量(liang)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)
，經(jing)校(xiao)正(zheng)電(dian)路(lu)處(chu)理(li)

，將(jiang)其(qi)自(zi)動(dong)跟(gen)蹤(zong)偏(pian)磁(ci)量(liang)的(de)輸(shu)出(chu)直(zhi)流(liu)調(tiao)整(zheng)量(liang)加(jia)入(ru)到(dao)正(zheng)弦(xian)調(tiao)製(zhi)信(xin)號(hao)中(zhong)，有(you)效(xiao)地(di)解(jie)決(jue)了(le)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)直(zhi)流(liu)偏(pian)磁(ci)。從(cong)其(qi)原(yuan)理(li)及(ji)實(shi)驗(yan)證(zheng)明(ming)，此(ci)抗(kang)偏(pian)磁(ci)電(dian)路(lu)應(ying)用(yong)在(zai)SPWM全橋逆變電源中
，對各種原因引起的偏磁現象均可有效地進行校正。它不僅適用於單相也可應用於三相逆變電路中。