文档介绍：CPLD 在航空 1l5V/400Hz 高频链逆变电源中的应用
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 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。
2 控制电路及控制策略
前级的移相变换器采用目前应用最广泛的软开关电路——移相全桥型零电压电路(ZVS),其原理是利用
变压器漏感 LIK 和功率管输出电容 Gi 谐振,漏感储能在向 Gi 释放过程中,使 Ci 电压逐步下降到零,体二
极管 Di 开通,创造了开关管的 ZVS 条件。为了改变占空比 D,实现调压控制,采用了移相技术。每个桥臂
的两个开关管成互补导通,两个桥臂的导通角相差一个相位,即移相角,通过调节移相角的大小来调节输
出电压。S1 和 S2 分别超前于 S3 和 S4 一个相位,称 S1 和 S2 组成的桥臂为超前桥臂,S3 和 S4 组成的桥臂
则为滞后桥臂。通过改变开关管控制策略,使其中一个开关管先关断,一次绕组与谐振电容配合,并产生
可控的 dr/df。漏电感和功率 MOSFET 的输出电容构成了谐振网络,同时实现了 ZVS 控制。系统的脉冲工
作时