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作者：采集俠 發(fā)布日期：2014-08-12 11:53 信息來源：http://www.wfyle.cn
引言
逆變電源一般采用瞬時反饋控制技術(shù)來提高逆變電源的動態(tài)響應(yīng)速度，減少輸出電壓的諧波含量，改善輸出電壓波形的質(zhì)量。常見的逆變電源控制技術(shù)，有重復(fù)控制、諧波補(bǔ)償控制、無差拍控制、電壓瞬時值控制和帶電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時值控制等類型。其中，帶電流內(nèi)環(huán)電壓瞬時值環(huán)路的雙環(huán)控制方法因?qū)崿F(xiàn)簡單，系統(tǒng)動態(tài)性能優(yōu)越和對負(fù)載的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而逐漸成為高性能逆變電源的發(fā)展方向之一。但傳統(tǒng)控制方法是基于逆變電源直流側(cè)輸入電壓為無脈動直流電壓的假定，而實際逆變電源，存在因電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載突變而導(dǎo)致直流側(cè)電壓波動的現(xiàn)象。直流輸入電壓波動會引起逆變器開環(huán)增益波動，進(jìn)而影響輸出電壓質(zhì)量。在傳統(tǒng)雙環(huán)控制的基礎(chǔ)上，增加輸出電壓有效值反饋環(huán)的三環(huán)控制策略，在一定程度上消除了直流輸入電壓波動導(dǎo)致的輸出電壓穩(wěn)態(tài)誤差，但有效值環(huán)對輸出電壓變化的響應(yīng)速度較慢，控制過程復(fù)雜。
此外，正弦脈寬調(diào)制逆變電源開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)下，將產(chǎn)生大量的高次諧波，使變換器及負(fù)載的損耗加大，設(shè)備使用壽命降低，甚至可能引發(fā)并聯(lián)或串聯(lián)諧振，損壞電氣設(shè)備以及干擾通信線路的正常工作。軟開關(guān)技術(shù)是克服以上缺陷的有效方法之一。采用HPWM調(diào)制可實現(xiàn)ZVS軟開關(guān)技術(shù)，在不增加硬件和改變變換器拓?fù)涞那疤嵯拢衫矛F(xiàn)有元器件和開關(guān)管的寄生參數(shù)，創(chuàng)造逆變橋開關(guān)管ZVS軟開關(guān)條件，從而最大限度地實現(xiàn)ZVS。
本文針對直流側(cè)電壓擾動時雙環(huán)控制逆變電源的輸出電壓波形發(fā)生畸變、幅值發(fā)生變化的現(xiàn)象，提出了通過輸入電壓前饋控制環(huán)來修正基準(zhǔn)正弦信號的幅值，從而改善逆變電源輸出電壓質(zhì)量的三環(huán)控制方法。同時，借助于DSP強(qiáng)大的運(yùn)算能力和豐富的外設(shè)，實現(xiàn)HPWM逆變電源的數(shù)字控制，從而簡化了硬件電路。仿真結(jié)果表明，本文所提出的控制策略簡單實用，可有效地提高逆變電源在直流輸入電壓擾動下的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度，并降低了輸出電壓的總諧波。
逆變電源系統(tǒng)建模
單相全橋逆變電源的主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，直流輸入電壓Ud經(jīng)逆變橋后得到脈沖輸出電壓Ui，再經(jīng)LC濾波后得到正弦輸出電壓Uo。
由逆變橋平均值模型可知：當(dāng)三角載波頻率fc遠(yuǎn)高于輸出正弦波基頻f時，逆變橋輸出電壓Ui在一個載波周期Tc的平均值 ，可近似看成輸出電壓基波分量的瞬時值Ui1，即
式中：Ud為直流輸入電壓;UCm為三角載波幅值。令kPWM=Ud/UCm表示正弦調(diào)制信號經(jīng)過逆變橋的增益，因Ud變化而引起的kPWM變化定義為干擾變量�；陔妷核矔r值外環(huán)和電容電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制系統(tǒng)如圖2所示。電壓瞬時值外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)，電容電流內(nèi)環(huán)采用P調(diào)節(jié)。開關(guān)頻率為20kHz，根據(jù)轉(zhuǎn)折頻率ωn1=ωc/10、阻尼系數(shù)ξ=0.3，可得輸出濾波器參數(shù)為：L=670μH、C=47μF�？刂破鞯姆抡鎱�(shù)為：Kv=0.0015，Ki=0.05，kvp=0.098，kvi=350，kip=20。
由式(2)可知，系統(tǒng)對直流輸入電壓階躍響應(yīng)的調(diào)節(jié)時間Ts為5ms。因此，當(dāng)逆變電源輸出電壓頻率為400Hz時，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間持續(xù)兩個正弦周期，但因響應(yīng)峰值較小，對輸出電壓波形不會造成明顯影響。而當(dāng)逆變電源輸出電壓頻率為50Hz時，響應(yīng)峰值集中出現(xiàn)在1/4正弦周期內(nèi)，使輸出電壓波形出現(xiàn)失真。
直流電壓前饋控制原理
由以上分析可知，雙環(huán)反饋控制逆變器，對直流輸入電壓變化的調(diào)節(jié)有一定的滯后性和穩(wěn)態(tài)誤差。為此，本文提出用輸入電壓前饋環(huán)實時檢測直流輸入電壓，對逆變橋增益kPWM進(jìn)行補(bǔ)償，抵消直流輸入電壓Ud波動對逆變電源的影響。因此，在傳統(tǒng)雙環(huán)控制系統(tǒng)中，額定直流輸入電壓U*d除以采樣得到的直流輸入電壓Ud，再與經(jīng)雙環(huán)校正的正弦信號ugm相乘后得到調(diào)制信號u′gm，將其送入PWM發(fā)生器，如圖3所示。
其中：m′=U′gm/UCm即為補(bǔ)償后的調(diào)制比。為了保證直流電壓的利用率，系統(tǒng)需要保持很高的調(diào)制度，即m接近于1，也即Ugm接近于UCm。
HPWM調(diào)制原理
混合式脈寬調(diào)制方式(HPWM)實質(zhì)為單極性SPWM調(diào)制方式，其工作時每半個輸出電壓周期切換，即同一個橋臂的開關(guān)管，在前半個工頻周期內(nèi)工作在低頻，而后半個工頻周期內(nèi)工作在高頻，從而克服傳統(tǒng)單極性控制方式下，總是一個橋臂工作的開關(guān)管同時工作在高頻狀態(tài)的缺陷，提高了開關(guān)管的使用壽命和系統(tǒng)可靠性。
逆變電源工作在HPWM軟開關(guān)方式下的輸出電壓，在一個開關(guān)周期內(nèi)有12種工作狀態(tài)�；谳敵鲭妷赫�(fù)半周工作狀態(tài)的對稱性，以輸出電壓正半周期為例，分析單相全橋逆變電源一個開關(guān)周期內(nèi)的6種工作模態(tài)，如圖4所示。
圖4 HPWM逆變電源工作模態(tài)圖
從t0到t1時刻逆變電源工作在模式A狀態(tài)下。開關(guān)管S1和S4導(dǎo)通，電路為正電壓輸出模式，濾波電感電流線性增加，直到t1時刻S1關(guān)斷為止。
從t1到t2時刻逆變電源工作在模式B
