NPC和ANPC三電平逆變器拓?fù)浠竟ぷ髟矸治?/span>

作者：電源漫談

三電平逆變器是儲(chǔ)能系統(tǒng)或者光儲(chǔ)系統(tǒng)的基本工作拓?fù)洌谶@些應(yīng)用中應(yīng)用廣泛，本文主要從基本工作原理及器件選型上進(jìn)行討論。

所謂的三電平是指逆變器的交流輸出端電壓相對(duì)于輸入直流電壓有三個(gè)電平，即正端1/2Vdc,負(fù)端-1/2Vdc,0三種電平電壓，輸入端直流側(cè)有兩個(gè)電容串聯(lián)，用以支撐并均衡直流側(cè)總線電壓，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制在交流側(cè)產(chǎn)生三電平相電壓，經(jīng)過(guò)濾波電路之后得到正弦波。

一.NPC和ANPC的拓?fù)涓乓治?/strong>

上圖1中描述了NPC的拓?fù)洌@個(gè)是一個(gè)多電平拓?fù)?，這個(gè)拓?fù)渲兴虚_(kāi)關(guān)都是額定電壓設(shè)在一半的總線電壓，器件的電壓應(yīng)力比較低，因此功率器件開(kāi)關(guān)損耗也相對(duì)較低，所以在NPC拓?fù)渲?，?duì)于800V-1000V的總線電壓，可以使用650V-700V等級(jí)的器件，相比1200V器件可以達(dá)到更低的開(kāi)關(guān)損耗。

NPC拓?fù)涞妮敵鲭娏骷y波較小，這會(huì)優(yōu)化輸出濾波電感的大小，用較小的電感維持相應(yīng)的THD, 拓?fù)洳粌H可以產(chǎn)生較小畸變的輸出電壓，同時(shí)可以最小化開(kāi)關(guān)器件的dv/dt電壓應(yīng)力，從而減小EMI.

這個(gè)拓?fù)涮峁┝斯β实碾p向傳輸，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率高于50kHz時(shí)是更好的選擇，因?yàn)槠涞偷拈_(kāi)關(guān)損耗和較高的效率。雖然控制上比較復(fù)雜，但是此拓?fù)涓纳屏斯β拭芏群托实忍匦浴Ｗ鳛橐粋€(gè)雙向DC/AC拓?fù)?，它非常適合儲(chǔ)能逆變器及光儲(chǔ)系統(tǒng)中的逆變部分。

除了上述優(yōu)勢(shì)之外，其缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，比如開(kāi)關(guān)器件較多，同時(shí)對(duì)應(yīng)的門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)器也較多。由于使用了功率二極管，所以其熱分布不均勻，熱管理也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

相對(duì)于NPC拓?fù)涠裕缟蠄D2所示，ANPC逆變器是一個(gè)NPC逆變器的改善版本，NPC拓?fù)渲械亩O管在這個(gè)拓?fù)渲凶優(yōu)榱擞性撮_(kāi)關(guān)。這樣的變化，使得系統(tǒng)可以得到更一致的損耗分布，使得熱管理更容易，開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電壓可以減小，改善了效率和功率密度。ANPC拓?fù)涞钠溆嗖糠趾蚇PC基本一致，后面我們會(huì)以ANPC拓?fù)錇槔?jiǎn)述其基本工作原理……

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MOS管的應(yīng)用--AB間電阻是多少？

作者：硬件微講堂

上篇文章中，關(guān)于米勒效應(yīng)仿真時(shí)，在米勒平臺(tái)期間漏極電流Id持續(xù)上升的問(wèn)題，目前還沒(méi)有找到合理的解釋（或者哪里出了問(wèn)題）。已經(jīng)把問(wèn)題信號(hào)釋放出去，也請(qǐng)教了業(yè)內(nèi)的朋友?，F(xiàn)在是2023/2/26 23:12，我們暫且“讓子彈飛一會(huì)兒”，稍后再看效果。我們今天聊一位同學(xué)在群里問(wèn)的問(wèn)題，我覺(jué)得有意思，拿出來(lái)和大家分享下。

1、一道問(wèn)題

如上圖所示，小明問(wèn)：該電路，在A-B點(diǎn)間測(cè)量電阻，阻值應(yīng)該是多少？

具體電路如上圖所示，你覺(jué)得應(yīng)該是都是？最好能說(shuō)出你的理由。

2、第一回合：眾說(shuō)紛紜

起初，小明拋出問(wèn)題后，群里討論的很熱鬧，眾說(shuō)紛紜。有說(shuō)一兩百的，有說(shuō)幾百的，也有說(shuō)510+Rdson，當(dāng)然也有質(zhì)疑通電不應(yīng)該測(cè)電阻的……

當(dāng)然，我也給出了“自以為的正確”答案：

①首先，明確題目所給條件不夠充分，沒(méi)有明確該MOS管的Vth。不確定柵極分壓后的2.5V，是否大于開(kāi)啟電壓Vth；

②其次，按照常規(guī)應(yīng)用的思路，漏極不應(yīng)該懸空，應(yīng)該接有電壓。這個(gè)電壓會(huì)影響MOS管所處的工作區(qū)……

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以COT控制方法簡(jiǎn)化兩相交錯(cuò)TCM PFC控制 P2

作者：楊帥鍋

前不久思考并提出基于COT控制的TCM PFC能簡(jiǎn)化傳統(tǒng)PFC控制中的所需要的電網(wǎng)電壓電流采樣，電流內(nèi)環(huán)等等，并提出了交錯(cuò)的TCM控制仿真模式可見(jiàn)：《以COT控制方法簡(jiǎn)化兩相交錯(cuò)TCM PFC控制》。

其中使用開(kāi)關(guān)電流的來(lái)做ZCD的判斷是參考了HW的樣機(jī)的思路，用了四個(gè)CT。 今天我就在想，參考ETH最初關(guān)于TCM的論文中的方法，直接使用電阻來(lái)采樣電網(wǎng)輸入電流，這樣只需要監(jiān)測(cè)這個(gè)電阻上的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電感電流ZCD和正負(fù)向的電流峰值的采樣，就可以省略了CT，并簡(jiǎn)化了控制電路。

麻煩的地方就是如果直接采樣網(wǎng)側(cè)電阻上的電壓，這個(gè)參考點(diǎn)選擇就非常麻煩。要么使用隔離的模擬采樣或者是把模擬控制地直接放在電網(wǎng)側(cè)。下圖是參考文獻(xiàn)1中的ZCD電路，它只比較電阻上電壓的正負(fù)方向抓到電感電流的ZCD點(diǎn)，并通過(guò)隔離數(shù)字通信傳遞到DSP控制側(cè)，其電路可見(jiàn)：

參考電路：

這種只監(jiān)測(cè)ZCD的方法也可以實(shí)現(xiàn)TCM的控制，不同于使用CT抓正負(fù)向電流峰值點(diǎn)的方式來(lái)確定是否滿足ZVS的負(fù)向電流。監(jiān)測(cè)ZCD信號(hào)，它不直接判斷電流負(fù)向峰值，而是根據(jù)電網(wǎng)輸入電壓，直流輸出電壓，電感量，開(kāi)關(guān)的coss電容量通過(guò)計(jì)算或者擬合出所達(dá)到ZVS條件所需要的TOFF延長(zhǎng)時(shí)間。通過(guò)電感上電壓的電感量和持續(xù)的時(shí)間即可計(jì)算到電感電流的值，所以使用監(jiān)測(cè)ZCD的方法雖然不直接抓取負(fù)向電流峰值，但是只要控制好TOFF的延長(zhǎng)時(shí)間一樣也能實(shí)現(xiàn)ZVS。

但是直接監(jiān)測(cè)ZCD來(lái)做控制的關(guān)鍵就是COSS電容的非線性變化問(wèn)題，在參考文獻(xiàn)2中，ETH的學(xué)者們提出一些分析和建模的方法。但是在實(shí)際的工程化中，還是可以通過(guò)實(shí)際測(cè)試所需的負(fù)向電流然后疊加一點(diǎn)余量進(jìn)去。通俗的說(shuō)就是雖然這個(gè)點(diǎn)能滿足ZVS，但是為了可靠性，工程上就通常會(huì)多注入更多的負(fù)向電流，保證在全范圍內(nèi)都能ZVS開(kāi)關(guān)，雖然犧牲了部分效率，并非最優(yōu)工作，但是還是可以讓人更加心安吧。

下圖是實(shí)際測(cè)試的一個(gè)基于TCM控制的PFC電流波形，從波形中可以看到有關(guān)于負(fù)向電流峰值的設(shè)置。它在整個(gè)正弦周期內(nèi)僅做了小范圍的變化，而且為了保證ZVS，這個(gè)反向電流的值也不是很小。這種實(shí)現(xiàn)的出發(fā)點(diǎn)可能是更多的為了工程化的考慮，如果實(shí)時(shí)的計(jì)算每個(gè)周期周期的所需的負(fù)向電流，一方面的計(jì)算量大，另一方面也不能完全規(guī)避因?yàn)殡姼辛康钠骷畹挠绊?，索性不如直接把反向電流峰值增大，犧牲部分效率保證全范圍ZVS工作。

抓到電感電流ZCD之后的PWM配置：在上文中我們使用了比較器抓到電感的過(guò)零點(diǎn)，通過(guò)數(shù)字隔離器后將ZCD信號(hào)傳輸?shù)娇刂艱SP，以AC電網(wǎng)的正向方向來(lái)看。當(dāng)ZCD的方波的下降沿被DSP抓到時(shí)，標(biāo)志著電感電流已經(jīng)從續(xù)流管轉(zhuǎn)為從直流電容流入到電網(wǎng)的方向，當(dāng)然在實(shí)際上比較器上會(huì)使用滯回和濾波的措施，這會(huì)導(dǎo)致ZCD信號(hào)滯后與電感電流過(guò)零點(diǎn)，這個(gè)滯后時(shí)間也需要考慮進(jìn)去，會(huì)影響負(fù)向峰值電流的設(shè)置。

回來(lái)再說(shuō)，DSP通過(guò)TZ或CMPSS來(lái)抓到下降沿后，可以配置為DCAEVY1.SYNC事件來(lái)重置PWM計(jì)數(shù)器，這是用來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻控制的關(guān)鍵。 重置PWM計(jì)數(shù)器后，并不是直接把高端PWM的TOFF關(guān)閉，而是繼續(xù)維持續(xù)流管開(kāi)通。那么上面時(shí)候關(guān)閉續(xù)流開(kāi)關(guān)呢？是通過(guò)我們之前通過(guò)計(jì)算或擬合的曲線，事先得知的為了實(shí)現(xiàn)ZVS所需的負(fù)向電流而延長(zhǎng)開(kāi)通的時(shí)間長(zhǎng)度。在下圖的我畫(huà)出了TI C2000的DSP中的EPWM配置示意圖，我把PWM計(jì)數(shù)器從ZRO開(kāi)始到CPA點(diǎn)之間的時(shí)間是給到TOFF所需的延長(zhǎng)時(shí)間，因此我僅需調(diào)整CPA的數(shù)字即可調(diào)整高端開(kāi)關(guān)的的延長(zhǎng)開(kāi)通時(shí)間，從而確定所需的負(fù)向電流的峰值，簡(jiǎn)單的說(shuō)CPA越大負(fù)向電流越大。當(dāng)計(jì)數(shù)器高于所設(shè)置的CPA后，續(xù)流開(kāi)關(guān)關(guān)閉，進(jìn)入為了實(shí)現(xiàn)ZVS所設(shè)置的死區(qū)時(shí)間，然后主開(kāi)關(guān)繼續(xù)開(kāi)通，電感電流上升，死區(qū)時(shí)間后高端開(kāi)關(guān)開(kāi)通進(jìn)入續(xù)流，再抓ZCD重置PWM計(jì)數(shù)器。

這種控制的關(guān)鍵是僅依靠ZCD就實(shí)現(xiàn)了TCM控制，但是它的問(wèn)題是不能對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)時(shí)的峰值電流限制，過(guò)流保護(hù)不能做。而且負(fù)向電流的峰值是依靠計(jì)算得到的，控制器是不能直接采樣來(lái)確認(rèn)是否真的達(dá)到了負(fù)向峰值或者說(shuō)控制器是不能真的知道，達(dá)到了能ZVS工作的關(guān)鍵條件。從某種意義來(lái)說(shuō)，是一種類開(kāi)環(huán)的控制。為了保證各種工況下的ZVS可靠性，我認(rèn)為僅依靠ZCD的控制方式并不是很可靠性，最好能抓到負(fù)向電流峰值或者直接抓到半橋中點(diǎn)電壓，來(lái)觀測(cè)到系統(tǒng)確認(rèn)能達(dá)到了ZVS開(kāi)關(guān)的條件……

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光伏微逆變電路的逆變?nèi)珮虻湫屯負(fù)浞治?/span>

作者：電源漫談

本文我們簡(jiǎn)要分析一下逆變部分的電路拓?fù)?，這樣就會(huì)有一個(gè)完整的拓?fù)浞治鲞^(guò)程。

逆變部分主要是一個(gè)全橋拓?fù)?，全橋電路是連接在反激變換器輸出端的，而且全橋電路針對(duì)反激變換器輸出的整流電壓，對(duì)它進(jìn)行展開(kāi)變換，用于控制到電網(wǎng)的功率流向。

圖1為全橋展開(kāi)電路的MOSFET的隔離驅(qū)動(dòng)電路,下面電路用到了MCP14E4-E/SN這個(gè)雙輸出驅(qū)動(dòng)芯片。

接下來(lái)我們重點(diǎn)介紹一下這個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)和功能。為了保持控制器和高壓交流電路之間的電氣隔離，門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)變壓器用于驅(qū)動(dòng)高邊和低邊的MOSFET, 這里采用高頻228kHz，固定占空比50%的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)門(mén)級(jí)變壓器，為了避免門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)變壓器磁飽和，陶瓷電容在串聯(lián)回路上，放在驅(qū)動(dòng)IC輸出和門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)變壓器之間，這些電容除去了直流偏置分量，將使用6V驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)MOSFET.

在驅(qū)動(dòng)變壓器輸出端是低通濾波器，產(chǎn)生純DC電壓以2倍母線頻率驅(qū)動(dòng)全橋的MOSFET,為了減小器件開(kāi)關(guān)損耗，所以MOSFET開(kāi)關(guān)是在電壓或電流的過(guò)零點(diǎn)處切換。這里說(shuō)一下門(mén)級(jí)放電的特別之處，光耦跨過(guò)全橋MOSFET的門(mén)源級(jí)，去建立一個(gè)快速的放電路徑，當(dāng)MOSFET關(guān)斷的時(shí)候,如果沒(méi)有這個(gè)光耦放電路徑，唯一給門(mén)級(jí)電壓放電的通路就是門(mén)源級(jí)下拉電阻，全橋展開(kāi)電路顯示在圖3所示。

這里可以看到門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器進(jìn)行隔離驅(qū)動(dòng)，而同時(shí)通過(guò)光耦隔離電路產(chǎn)生門(mén)級(jí)快速放電通路。

全橋展開(kāi)電路的運(yùn)行波形顯示于圖4，在一個(gè)AC半周期,PWM3H開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)一個(gè)展開(kāi)電路的橋臂，Q2和Q5,當(dāng)AC電壓接近0時(shí)，PWM3H不工作，光耦使能OPTO_DRV1, 在另一個(gè)AC半周期，PWM3L驅(qū)動(dòng)MOSFET Q3和Q4,工作原理類似。從圖示上看當(dāng)在AC電壓開(kāi)始階段，PWM波形是使能的，輸出電壓從0開(kāi)始。

由于輸出交流電壓，EMI電路是必不可少的部分。這里有一個(gè)EMI濾波器連接到全橋展開(kāi)電路輸出端。具體而言，EMI濾波器由共模電感L6, 共模電容C48, C52, 差模濾波器C51和L4, L7組成。濾波器使用現(xiàn)成的器件的合適降額來(lái)設(shè)計(jì),在EMI濾波器輸出是一個(gè)430V的壓敏電阻，跨過(guò)L和N端起到保護(hù)的作用，主要是瞬態(tài)電壓尖峰保護(hù)的作用，在壓敏電阻之后是兩個(gè)保險(xiǎn)絲，一個(gè)在AC的L線路徑上，另一個(gè)是在N線路徑上，最后一個(gè)元件串聯(lián)在保險(xiǎn)絲上是一個(gè)鐵氧體磁珠，接下來(lái)是輸出端連接器，鐵氧體磁珠幫助抑制高頻分量。EMI濾波器的電路圖如圖5所示……

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開(kāi)關(guān)電源環(huán)路學(xué)習(xí)筆記3：系統(tǒng)框圖

作者：硬件工程師煉成之路

我一開(kāi)始就掉進(jìn)一個(gè)坑：系統(tǒng)框圖的輸入量為什么不是Vi，而是參考電壓Vref？參考電壓不是固定的嗎？也能作為輸入？

反饋控制系統(tǒng)的輸入量

我有這個(gè)問(wèn)題，是因?yàn)槲掖髮W(xué)課表里面沒(méi)有《自動(dòng)控制原理》，如果學(xué)過(guò)的話應(yīng)該就不會(huì)有這個(gè)問(wèn)題了。

開(kāi)關(guān)電源是一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，采取的是反饋控制的方式，是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。

下面這兩段話是教材《自動(dòng)控制原理》的，我挪過(guò)來(lái)直接用了。

1、反饋控制方式是按照偏差進(jìn)行控制的，其特點(diǎn)是不論什么原因使被控量偏離期望值而出現(xiàn)偏差的時(shí)候，必定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個(gè)偏差，使被控量與期望值趨于一致。

2、加到反饋控制系統(tǒng)上的外作用有兩種類型，一種是有用輸入，一種是擾動(dòng)。有用輸入決定系統(tǒng)被控量的變化規(guī)律，如輸入量；而擾動(dòng)是系統(tǒng)不希望有的外作用，它破壞有用輸入對(duì)系統(tǒng)的控制。

仔細(xì)想想，對(duì)于我們的buck電源來(lái)說(shuō)，我們的目的并不是說(shuō)輸出Vo要隨電源Vi的不同而不同，而是不論輸入Vi是多少，都只有一個(gè)目的，那就是Vo恒定。

比如我們的5V轉(zhuǎn)3.3V的BUCK，是有反饋的，不管是因?yàn)槭裁醋兓?，只要輸出電壓Vo偏離了3.3V，那么反饋Vfb與期望值Vref就會(huì)有偏差，然后系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)這個(gè)偏差調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)電源的占空比，讓Vfb朝著期望值Vref變化，最終的結(jié)果就是保證了輸出還是3.3V?？傊康木褪潜ＷCVo時(shí)刻為3.3V。

總之，穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出是不變的，或者說(shuō)系統(tǒng)時(shí)刻自動(dòng)調(diào)節(jié)，向設(shè)定的輸出值而努力著。

可以想到，輸出量不變的原因，就是因?yàn)槭冀K有一個(gè)不變的輸入量，這個(gè)輸入量就是Vref，它就是反饋控制系統(tǒng)的有用輸入。

那輸入電壓Vi是什么呢？

Vi我覺(jué)得可以理解為系統(tǒng)工作的條件，一個(gè)恒定不變的Vi輸入電壓，與系統(tǒng)的穩(wěn)定工作時(shí)所處的狀態(tài)是有關(guān)系的。比如同一個(gè)3.3V輸出的BUCK電路，5V輸入和10V輸入，盡管都能輸出3.3V，也都是穩(wěn)定工作的，但是所處狀態(tài)不同，占空比不一樣，傳遞函數(shù)也不同。

如果要類比的話，我覺(jué)得這個(gè)直流輸入Vi可以看作是靜態(tài)工作點(diǎn)。兄弟們可以體會(huì)下，靜態(tài)工作點(diǎn)是三極管的工作條件，然后輸入一般認(rèn)為是交流小信號(hào)，三極管放大電路對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)一般也是針對(duì)交流小信號(hào)說(shuō)的。

另外一方面，現(xiàn)實(shí)中buck的Vi也會(huì)有噪聲，這些噪聲可以理解為擾動(dòng)輸入，對(duì)應(yīng)三極管電路的小信號(hào)。

當(dāng)然，開(kāi)關(guān)電源的擾動(dòng)可以有很多，常見(jiàn)的有Vi的電壓波動(dòng)，還有負(fù)載電流的突然變化，它們也是現(xiàn)實(shí)電路中存在的。另外還有溫度上升下降，導(dǎo)致器件參數(shù)發(fā)生變化，外部輻射干擾等等。這些都可能會(huì)干擾系統(tǒng)運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)上面的分析，我們可以根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖畫(huà)出系統(tǒng)的框圖如下：

當(dāng)然，如果vi作為輸入信號(hào)已經(jīng)在腦子里面根深蒂固了也沒(méi)關(guān)系。

我們就這么看，當(dāng)輸入Vi突然發(fā)生變化，那么它必然會(huì)影響到Vo，Vo發(fā)生變化，那么Vref與反饋就有了差值，差值再通過(guò)補(bǔ)償電路得到誤差信號(hào)，誤差信號(hào)又去改變PWM占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)變換器，讓Vo朝著目標(biāo)值改變……

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