基于一款多功能逆變電源電路的設(shè)計(jì)及解決方案

引言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，逆變電源廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，進(jìn)而對(duì)其性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制或數(shù)字相結(jié)合的控制系統(tǒng)。好的逆變電源電壓輸出波形主要包括穩(wěn)態(tài)精度高，動(dòng)態(tài)性能好等方面。目前逆變器結(jié)構(gòu)和控制，能得到良好的正弦輸出電壓波形，但對(duì)突變較快的波形，效果不是很理想。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常用的設(shè)備。能產(chǎn)生不同頻率和電壓等級(jí)的波形：方波信號(hào)，三角波，正弦信號(hào)波形。近年興起的一種新的DDS技術(shù)，即直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。但是他們都為小信號(hào)波，沒(méi)有功率輸出，不能帶一定的負(fù)載。

本文提出的多功能逆變電源，主電路采用二重單相全橋逆變器結(jié)構(gòu)，輸出的電壓波形對(duì)給出的參考波形跟蹤，有功率輸出，能帶一定的負(fù)載。控制采用加入微分環(huán)節(jié)的滯環(huán)控制，完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。

主電路設(shè)計(jì)

多功能逆變電源原理如圖1，有兩部分組成：主電路和控制部分。其中主電路的參考信號(hào)，可以與計(jì)算機(jī)通信或者其他電路得到。

圖1：多功能逆變電源原理

在主電路的設(shè)計(jì)上借鑒了多重逆變器結(jié)構(gòu)，采用了二重單相全橋逆變器連接。原理圖如圖2.兩個(gè)逆變器直流側(cè)電壓不相同，主逆變器的直流側(cè)電壓為Udc，從逆變器的直流側(cè)電壓為3Udc。輸電電壓波形共有9個(gè)電平組成：±4Udc，±3Udc，±2Udc，±Udc，0。由于輸出電平的數(shù)量多于單個(gè)逆變器，輸出波形較好。主逆變器工作為較高頻率，從逆變器工作頻率較低，極大的降低開(kāi)關(guān)損耗。在參考波形變化緩慢階段，只需要主逆變橋工作，就能很好的跟蹤參考信號(hào);當(dāng)參考信號(hào)變化相當(dāng)快速的時(shí)刻，需要輔助逆變橋和主逆變橋同時(shí)工作，快速精確跟蹤參考信號(hào)。

圖2：二重級(jí)聯(lián)單相全橋逆變器拓?fù)?strong style="text-align: justify; text-indent: 2em; ">控制設(shè)計(jì)

在控制部分采用滯環(huán)完全數(shù)字化控制。滯環(huán)控制響應(yīng)速度快、準(zhǔn)確度較高、跟蹤精度高，輸出電壓不含特定頻率的諧波分量等特點(diǎn)，能夠使用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。對(duì)于主電路的主逆變器和從逆變器采用滯環(huán)控制。

圖3：滯環(huán)控制原理

如圖3所示，主開(kāi)關(guān)的滯環(huán)寬度為h，從開(kāi)關(guān)管的滯環(huán)寬度為hs，且hs》h。主逆變器一直工作，開(kāi)關(guān)管V1和V4;V2和V3交替導(dǎo)通關(guān)斷。從逆變器有三種工作狀態(tài)。在t1~t2時(shí)刻，誤差電壓并沒(méi)有超過(guò)從逆變器的滯環(huán)寬度，只需要主逆變器工作，四個(gè)開(kāi)關(guān)管都關(guān)斷；在t3時(shí)刻，誤差電壓△u》hs，開(kāi)關(guān)管 VS2和VS3導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)管VS1和VS4關(guān)斷；t4時(shí)刻誤差電壓-△u《-hs開(kāi)關(guān)管VS1和VS4導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)管VS2和VS3關(guān)斷。

考慮到跟隨突變信號(hào)時(shí)跟隨困難的情況，在滯環(huán)控制器前引入了微分環(huán)節(jié)，如圖4所示，以改善跟隨效果。

圖4：帶微