所以，當電壓和鐵心材料選定時，f與NS成反比，即f越大，NS越小，這樣就可以達到減小變壓器的體積和重量的目的。
   
本文針對電氣化鐵路中廣泛應用的25Hz逆變電源進行了高頻鏈設計。

主電路的設計
   
隨著高頻鏈技術的不斷成熟，現在從結構上主要分為二類，即高頻鏈DC/DC變換型和高頻鏈周波變換型。
   
高頻鏈DC/DC變換型就是在傳統逆變電源的直流側和逆變器之間加入一級DC/DC變換器，由於DC/DC變換器采用的是高頻變換
，所以電路中使用的是高頻變壓器，這樣就可以省掉體積龐大的工頻變壓器，其電路結構如圖1（a）所示。雖然DC/DC變換型實現起來比較容易，但是存在功率隻能單向流動
，負載不能向電源回饋能量；三級功率變換，既使得係統效 率低
，又使得係統複雜，從而降低了係統的可靠性等缺點。
   
高頻鏈周波變換型主要由高頻電壓源逆變器、高頻變壓器和周波變換器組成，其電路結構如圖1(b)所示。與高頻鏈DC/DCxingxiangbi，gainibianqishixiannibianzhijingguoliangjigonglvbianhuan，jiangdilebianhuanqidetongtaisunhaohexitongdefuzaxing，tigaolexitongdexiaolvhekekaoxing
，erqiegonglvkeyishixianshuangxiangliudong。benwenjieshaogaopinlianzhoubobianhuanxingdezhudianlusheji 。

(a)高頻鏈DC/DC變換型

(b)高頻鏈周波變換型
圖1 ：兩種高頻鏈逆變電路   

具體實現時，高頻逆變器可以采用推挽式
、半橋式和全橋式

，周波變換器可以采用全波式
、全橋式。考慮到輸出電壓和功率的設計要求，最終確定的電路結構如圖2所示。圖中
，Ui為輸入直流電壓，S1
、S2、S3、S4組成全橋逆變器，T為高頻變壓器，K1、K2、K3
、K4是由2個反向串聯的MOSFET組成的雙向開關，共同組成全橋式周波變化器，L

、C組成LC濾波器。

圖2：主電路的電路結構

控製方法及其實現
   
本ben文wen的de高gao頻pin鏈lian周zhou波bo變bian換huan型xing采cai用yong移yi相xiang控kong製zhi方fang案an
，移yi相xiang控kong製zhi是shi近jin年nian來lai在zai全quan橋qiao變bian換huan電dian路lu拓tuo撲pu中zhong廣guang泛fan應ying用yong的de一yi種zhong控kong製zhi方fang式shi。移yi相xiang控kong製zhi的de基ji本ben工gong作zuo原yuan理li為wei，全quan橋qiao變bian換huan電dian路lu每mei一yi個ge橋qiao臂bi的de兩liang個ge開kai關guan管guan互hu補bu導dao通tong，兩liang個ge橋qiao臂bi的de開kai關guan管guan導dao通tong之zhi間jian相xiang差cha一yi個ge相xiang位wei，即ji所suo謂wei的de移yi相xiang角jiao。通tong過guo調tiao節jie此ci移yi相xiang角jiao的de大da小xiao，來lai調tiao節jie輸shu出chu電dian壓ya脈mai衝chong寬kuan度du，達da到dao調tiao節jie相xiang應ying的de輸shu出chu電dian壓ya的de目mu的de。
   
係統工作原理如圖3所示
，輸入的220V/50Hz交流市電經過整流濾波後變成300V左右的直流，然後經過全橋逆變器的高頻逆變

，輸出25kHz相鄰脈衝互為反極性的SPWPM（正弦脈寬脈位調製）波，該波形含有SPWM波的全部信息，但不含25Hz調製波的頻率成分，適合於高頻變壓器傳輸。SPWPM波通過高頻變壓器隔離後，用周波變換器同步整流，把25Hz正半周時間內的負脈衝翻轉成正脈衝，把25Hz負半周時間內的正脈衝翻轉成負脈衝之後，將得到25Hz的單極性SPWM波（如圖3中uA′B′所示波形）。SPWM波通過LC濾波，則輸出光滑的220V/25Hz的正弦交流電壓。

圖3：主電路的開關時序

為了實現上述的移相控製策略，本文采用了用模擬電路實現PID調節，用數字電路CPLD（複雜可編程邏輯器件）來(lai)實(shi)現(xian)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)的(de)時(shi)序(xu)和(he)邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)的(de)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)使(shi)得(de)整(zheng)個(ge)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)集(ji)成(cheng)度(du)提(ti)高(gao)
，可(ke)靠(kao)性(xing)增(zeng)強(qiang)
，而(er)且(qie)為(wei)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)的(de)設(she)計(ji)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)定(ding)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)。整(zheng)個(ge)控(kong)製(zhi)環(huan)節(jie)分(fen)為(wei)內(nei)環(huan)和(he)外(wai)環(huan)兩(liang)條(tiao)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)，內(nei)環(huan)為(wei)電(dian)壓(ya)瞬(shun)時(shi)值(zhi)比(bi)例(li)（P）調節
，外環為電壓平均值的比例積分（PI）調(tiao)節(jie)。由(you)於(yu)內(nei)環(huan)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)快(kuai)
，可(ke)以(yi)改(gai)善(shan)電(dian)壓(ya)的(de)瞬(shun)時(shi)波(bo)動(dong)造(zao)成(cheng)的(de)波(bo)形(xing)畸(ji)變(bian)，外(wai)環(huan)可(ke)以(yi)使(shi)整(zheng)體(ti)的(de)穩(wen)壓(ya)的(de)特(te)性(xing)變(bian)硬(ying)
，從(cong)而(er)達(da)到(dao)良(liang)好(hao)的(de)穩(wen)壓(ya)效(xiao)果(guo)。
   
具體實現上如圖4所示，輸出電壓Uo經過反饋變壓器變換得到反饋電壓，再經過精密整流電路後，與5V的參考電壓相減，得到的偏差進行PI調節


，然後與基準正弦半波相乘得到內環瞬時電壓偏差的正弦參考電壓
；內環的瞬時電壓反饋信號經過比例環節後，與參考電壓相減，得到誤差信號
，誤差信號再經過P調節就直接與三角波比較，產正SPWM波，然後輸入CPLD中，經過CPLD產生MOSFET的驅動信號，其中采用VHDL（硬件描述語言）編程來實現圖4中虛框所示的功能——分頻器、地址產生器、比較器和時序邏輯發生器。

圖4：控製電路圖   

如圖3所suo示shi本ben文wen采cai用yong的de是shi用yong等deng腰yao三san角jiao波bo來lai實shi現xian雙shuang邊bian調tiao製zhi。國guo外wai許xu多duo高gao頻pin鏈lian設she計ji中zhong通tong常chang采cai用yong的de是shi鋸ju齒chi波bo實shi現xian單dan邊bian調tiao製zhi，其qi直zhi邊bian用yong於yu同tong步bu開kai關guan時shi序xu，斜xie邊bian用yong於yu脈mai寬kuan調tiao製zhi，而er在zai實shi際ji應ying用yong中zhong，這zhe種zhong方fang法fa存cun在zai鋸ju齒chi波bo的de直zhi邊bian不bu能neng完wan全quan垂chui直zhi而er帶dai來lai的de開kai關guan時shi序xu同tong步bu問wen題ti。本ben文wen所suo采cai用yongCPLD進行時序設計的方法，從根本上解決了開關時序同步的問題。

設計中應該注意的幾個問題

變壓器的設計
   
變(bian)壓(ya)器(qi)設(she)計(ji)是(shi)整(zheng)機(ji)設(she)計(ji)中(zhong)重(zhong)要(yao)的(de)一(yi)環(huan)
，設(she)計(ji)的(de)好(hao)壞(huai)對(dui)整(zheng)機(ji)的(de)性(xing)能(neng)有(you)很(hen)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)。由(you)於(yu)所(suo)設(she)計(ji)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)是(shi)高(gao)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)
，因(yin)此(ci)
，磁(ci)芯(xin)材(cai)料(liao)選(xuan)用(yong)鐵(tie)氧(yang)體(ti)。通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)AP值的方法來計算變壓器磁芯規格和原副邊匝數後
，還應注意以下幾點：
1）通過實驗反複修正確定最佳的參數

；
2）盡量選用多股線
，減少趨膚效應；
3）盡量將副邊繞製在內層，原副邊緊密繞製，以減小副邊的漏感。

抗偏磁飽和
   
為了防止變壓器的偏磁飽和
，一方麵，調整驅動脈衝死區，選擇開關特性一致的功率開關管；另一方麵，在變壓器的原邊串聯隔直電容。有關幾個參數的計算公式如下：

吸收電路的設計
   
由you於yu電dian壓ya源yuan高gao頻pin鏈lian逆ni變bian技ji術shu存cun在zai固gu有you的de電dian壓ya過guo衝chong問wen題ti，因yin此ci如ru何he設she計ji吸xi收shou電dian路lu，對dui保bao護hu功gong率lv開kai關guan管guan尤you為wei重zhong要yao。這zhe裏li給gei出chu簡jian便bian的de設she計ji方fang法fa。

死區時間和共態導通時間
   
weilefangzhiquanqiaonibiandianluyigeqiaobizhongdeshangxiakaiguanguantongshidaotongerchuxianzhitongdeqingkuang，xuyaozaiquanqiaonibiandianludequdongzhongjiarusiqushijian。tongshi
，weilebaozhengdangkaiguanguanhuanliushi，lvbodianganzhongdedianliuyouxuliutonglu，yaozaizhoubobianhuanqidequdongzhongjiarugongtaidaotongshijian。danshiyouyugongtaidaotongshijianyezaochenglebianyaqifubianshunjianduanlu，jiangchanshengyigehengaodedianliujianfeng，suoyigongtaidaotongshijianbuyishezhiguochang，weici
，zaibianyaqifubianchuanruxiaodianganlaiyizhidianliujianfeng。

仿真及其實驗波形
   
本文利用MATLAB6.1提供的SIMULINK工具包對整個係統建立了仿真模型進行仿真。仿真模型參數：輸入直流電壓300V，輸出交流電壓220V，25Hz，額定容量1000VA，開關頻率25kHz，變壓器變比1/1.4
，輸出濾波電感L=0.5 mH

，輸出濾波電容C=20μ F額定負載R=45Ω。仿真波形如圖5所示 。

(a)變壓器原邊電壓波形

(b)變壓器副邊電壓波形

(c)空載輸出電壓波形

(d)帶載輸出電壓波形
圖5：仿真波形

原理樣機的實驗波形如圖6所示。

(a)變壓器原邊電壓波形100V/Div 20μs/Div

(b)變壓器副邊電壓波形125V/Div 20μs/Div

(c)空載電壓波形100V/Div 10ms/Div

(d)滿載電壓波形100V/Div 10ms/Div
圖6：實驗波形

采用周波變換器高頻鏈技術實現的逆變電源電壓輸出特性良好，相對於傳統的逆變電源具有重量輕、體積小、低噪音、成本低的諸多優點，具有較高的實用價值。