隔直电容抑制全桥逆变器变压器偏磁的计算机仿真分析
仿真采用的软件是PSPICE电路分析软件，pwm芯片采用SG3525，霍尔电流传感器用一个电容控制的电压源模型代替，采样后反馈到SG3525全桥电路在未加隔直电容情况下（瞬态分析，采样时间1ms，小给定电流80A），仿真结果如图2所示。仿真结果中正负半波电压严重不平衡，变压器发生偏磁，这种不平衡会导致变压器励磁电流增加，严重时发生烧毁。图3为同样条件下有隔直电容10nf的情况下，变压器一次侧电流的波形，正负半波基本对称，变压器偏磁得到抑制。从2个图中可以看出在变压器一次侧加入10nf的隔直电容后，正负脉冲得到平衡仿真结果和理论分析相符合，隔直电容的存在确实对偏磁有一定的抑制作用。如果隔直电容足够小，就有能力阻挡大部分直流成分的通过，使得变压器正负伏秒积得到平衡，瞬态分析结果显示效果相当明显
全桥电路逆变器变压器一次侧在有隔直电容，小给定电流，隔直电容为100nf时的瞬态分析结果（采样时间0-1ms）如图4所示。
可以看出，在有100nf的隔直电容时变压器一次侧的磁心工作状况比没有隔直电容时要改善，但是效果不够理想，一次侧电压伏秒积不平衡状况仍然存在，变压器还是有被烧毁的可能。因此，在用隔直电容法来防止逆变器变压器偏磁时，隔直电容如果过大，抑制偏磁的效果会受到影响，以上仿真结果和前面的理论分析相符。
隔直电容对输出功率影响的电路分析
在忽略变压器漏感影响的情况下，对全桥主电路变压器一次侧作等效变换，等效电路如图5所示。电压源为540V方波电压，等效电路是一阶电路
逆变过程中隔直电容的初始电压与IGBT管电压降相反，所以电压源对电容充电的过程分为2个阶段，第一个阶段是对反向电压进行放电，由于电场方向和电流方向一致，电场与电荷移动方向相同，这个阶段时间t2极短，可以忽略不计。第二个阶段就是电压源对电容进行充电过程，这段时间$.取决于时间常数RC，即取决于隔直电容的大小。
隔直电容为10NF时隔直电容两端的电压如图6所示。当逆变频率为20KHZ、占空比为最大50%时，逆变脉冲宽度为25μs。从图中可以看出，当隔直电容为10nf时，平均电压接近于540V，电容两端电压在6μs时就接近540V，隔直电容为100nf时，两端电压大约经过30μs才接近540V，100nf隔直电容两端平均电压明显小于10nf的隔直电容两端平均电压。反向导通时分为2个阶段，第一个阶段由于没有电场的影响，正向电荷迅速被电源直流电压中和，这个时间非常短，可以忽略不计；第二个阶段是电容充电的过程，电压按指数规律增长，直到下一次
反向脉冲的到来。IGBT的ce间电压μ2=540-μ1。
所以电容越大，IGBT上的平均电压越大，IGBT和变压器一次侧串联，所以变压器一次侧线圈的平均电流也越大，输出功率也就越大。因此在小隔直电容的作用下，由于电容时间常数的影响，IGBT的导通时间比给定的小，从而影响变压器的输出功率。
没有隔直电容的情况下，给定200A电流全桥逆变电路的瞬态分析（0-0.5ms）如图7a所示。图中粗线表示IGBT的驱动电路波形，由于大给定电流，脉宽达到最大，斜线是输出电流的瞬态波形，电流达几百安培，变压器一次侧的脉宽也很大，占空比和驱动电路波形一致，电源输出功率较大。在加了隔直电容10μ的情况下，大给定电流200A的全桥逆变电路的计算机仿真结果如图7b所示。粗线条表示的是驱动波形，与图7a相比，由于隔直电容的存在，变压器一次侧的占空比比驱动信号占空比小很多，导致二次侧输出电流也较小，只有20A左右。隔直电容的存在严重影响了输出功率，这和上面的电路分析计算的结果取得了一致。
从图中可以看出，由于隔直电容的存在，有效脉宽减小了。在有隔直电容的作用下，如果电容的时间常数比较小，会使得IGBT和变压器一次侧脉冲的幅值和脉宽都减小，变压器的输出功率也随之减小，仿真结果和理论分析取得了一致。
A.隔直电容对于全桥逆变电路中的变压器偏磁有一定的抑制作用，电容越小，抑制效果越好。隔直电容对输出功率有较大影响，隔直电容越小，IGBT的有效导通脉宽越小，输出功率也越小。
B.采用隔直电容的方法防止逆变电源变压器偏磁时，应合理选择隔直电容的参数，在保证变压器不出现大的偏磁情况下，提高逆变电源的输出功率。