1、 . PAGE26 / NUMPAGES29 . 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：400HZ逆變電源的研究目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc223770852摘要= 2 * ROMANIIHYPERLINK l _Toc223770852關(guān)鍵字= 2 * ROMANIIHYPERLINK l _Toc223770852abstract= 3 * ROMANIIIHYPERLINK l _Toc223770852Key words= 3 * ROMANIIIHYPERLINK l _Toc223770852前言1HYPERLINK l _Toc2237708551.

2、緒論3HYPERLINK l _Toc2237708561.1數(shù)字化逆變電源的發(fā)展3HYPERLINK l _Toc2237708571.2 數(shù)字化逆變電源的控制3HYPERLINK l _Toc2237708571.3本文主要研究容3HYPERLINK l _Toc2237708582. 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變5HYPERLINK l _Toc2237708592.1SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)5HYPERLINK l _Toc2237708602.2直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變7HYPERLINK l _Toc2237708612.3本章小結(jié)103. HYPERLINK l _Toc22377087

3、1直流/交流變換器（逆變器）11HYPERLINK l _Toc2237708673.1 逆變器的類型和性能指標(biāo)11HYPERLINK l _Toc2237708683.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理11HYPERLINK l _Toc2237708693.3 電壓型單相逆變器電壓和波形控制11HYPERLINK l _Toc2237708703.4 三相逆變電路工作原理12HYPERLINK l _Toc2237708703.5三相逆變器輸出電壓和波形的SPWM控制12HYPERLINK l _Toc2237708703.6三相逆變器電壓空間矢量12HYPERLINK l _Toc223

4、7708624. 系統(tǒng)綜述13HYPERLINK l _Toc2237708634.1技術(shù)指標(biāo)13HYPERLINK l _Toc2237708644.2系統(tǒng)主電路21HYPERLINK l _Toc2237708654.3驅(qū)動(dòng)，測(cè)量，保護(hù)電路19HYPERLINK l _Toc2237708654.4 本章小結(jié)21HYPERLINK l _Toc2237708715. 改進(jìn)型重復(fù)控制22HYPERLINK l _Toc2237708675.1 概述22HYPERLINK l _Toc2237708675.2 數(shù)字PID控制技術(shù)22HYPERLINK l _Toc2237708685.3重復(fù)控

5、制技術(shù)23HYPERLINK l _Toc2237708695.4改進(jìn)型重復(fù)控制26HYPERLINK l _Toc2237708705.5改進(jìn)型重復(fù)控制器參數(shù)設(shè)定27HYPERLINK l _Toc223770871結(jié)束語30HYPERLINK l _Toc223770872參考文獻(xiàn)31HYPERLINK l _Toc223770872致32400HZ逆變電源的研究摘要400Hz逆變電源是航空專用電源，由于其應(yīng)用的特殊場(chǎng)合，也就對(duì)其提出更高的要求，數(shù)字化、高效率、高性能是專用逆變電源的發(fā)展方向。本論文針對(duì)這些要求，提出一種新穎的逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并以DSP2407A為控制核心，采用改進(jìn)型重復(fù)

6、控制算法，進(jìn)行了400Hz逆變電源的研制。本文對(duì)逆變主電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，然后重點(diǎn)以Dsp2407A為核心的控制電路的設(shè)計(jì)與改進(jìn)型重復(fù)控制算法的實(shí)現(xiàn)。逆變電路采用直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變技術(shù)，直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器由直流變換器與極性反轉(zhuǎn)逆變橋級(jí)聯(lián)而成，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、前級(jí)工作在SPWM、后級(jí)工作在中頻方波逆變、逆變橋功率開關(guān)電壓應(yīng)力低且實(shí)現(xiàn)ZVS、抗輸入電壓擾動(dòng)能力等優(yōu)點(diǎn)。控制系統(tǒng)DSPTMS320LF2407A為核心。目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品大都采用模擬控制方式，其中存在控電路元件多、靈活性差、一致性差等很多問題。本論文針對(duì)這些問題，采用數(shù)字控制器，具有硬件電路簡(jiǎn)單，系統(tǒng)升級(jí)方便等特點(diǎn)，符合現(xiàn)

7、代逆變電源的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。為了取得更好的控制效果，把改進(jìn)型重復(fù)控制算法應(yīng)用到本系統(tǒng)當(dāng)中，改進(jìn)型重復(fù)控制把重復(fù)控制與PID控制相結(jié)合，取得較好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性。關(guān)鍵詞：直流變換器; 改進(jìn)型重復(fù)控制 ； 逆變Research on 400HZ inverter powerAbstract400Hz inverter is a special powers supply used in the aeronauticalsystemMore demands ate proposed for its special applicationDigital control、high effi

8、ciency、high capability accords with the development trend of the power supplyFor this demand，paper give analyzing and researching about a novel topology of circuit and modified repetitive control stratergy basedonDSP2407AThe paper will give a comprehensive introduction about a novel circuit，then we

9、focus on control circuit design and modified repetitive control stratergy realizationHigh-frequency link inverter belonging to the type of direct current convertor is used in inverter circuit，and It is made up of direct current convertor and polarity reversal inverter bridgeIt has many advantages，su

10、ch as concision of circuit structure，the former grade working at SPWM mode，the later grade working at middle frequency quadrate wave inverter，low voltage stress of inverter bridgeS power switch and achieving ZVS，high ability of resisting input voltage disturbingIt is a digital control system based o

11、n DSPTMS320LF2407AThere ate somedisadvantages such as too many control elements、unflexible、bad consistencyDue to all of this disadvantages of analog control mode used in current products，the implementation of digital controller is described in this paperThe system has the characteristic of simple ci

12、rcuit and scanty cost of upgrade，accords with the development trend of modern convertor， it will have wide applicationsIn order to get a good control state，a modified repetitive control stratergy is proposed and realized in this system，and dynamic state and steady state characteristics are improvedK

13、EY WORDS：Direct Current Convertor; Modified Repetitive Control；inverter前言電源系統(tǒng)是現(xiàn)代電子設(shè)備不可或缺的重要組成部分，運(yùn)用先進(jìn)功率電子器件與控制技術(shù)可以使逆變電源比傳統(tǒng)電源設(shè)備具備更好的穩(wěn)定性和可靠性。400HZ中頻逆變電源廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、雷達(dá)、通信等領(lǐng)域，其對(duì)逆變電源的穩(wěn)定精度、可靠性等提出了高要求。逆變電源是將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的變流裝置，是太陽能、風(fēng)力發(fā)電中一個(gè)重要部件。隨著微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，逆變技術(shù)也從通過直流電動(dòng)機(jī)交流發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方式逆變技術(shù)，發(fā)展到二十世紀(jì)六、七十年代的晶閘管逆變技術(shù)，而

14、二十一世紀(jì)的逆變技術(shù)多數(shù)采用了MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT 等多種先進(jìn)且易于控制的功率器件，控制電路也從模擬集成電路發(fā)展到單片機(jī)控制甚至采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）控制。各種現(xiàn)代控制理論如自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制、模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)控制理論和算法也大量應(yīng)用于逆變領(lǐng)域。其應(yīng)用領(lǐng)域也達(dá)到了前所未有的廣闊，從毫瓦級(jí)的液晶背光板逆變電路到百兆瓦級(jí)的高壓直流輸電換流站；從日常生活的變頻空調(diào)、變頻冰箱到航空領(lǐng)域的機(jī)載設(shè)備；從使用常規(guī)化石能源的火力發(fā)電設(shè)備到使用可再生能源發(fā)電的太陽能風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，都少不了逆變電源。毋須懷疑，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和各種新型功率器件的發(fā)展，逆變裝置也將

15、向著體積更小、效率更高、性能指標(biāo)更優(yōu)越的方向發(fā)展。通常,把交流電變成直流電的過程叫做整流,完成整流功能的電路叫做整流電路；與之相對(duì)應(yīng)，把直流電變成交流電的過程叫逆變,完成逆變功能的電路則稱為逆變電路，而實(shí)現(xiàn)逆變過程的裝置叫做逆變器或逆變電源。逆變電源按照不同的分類方式可分為多種類型：（1）按照逆變電源輸出交流的頻率，可以分為工頻逆變、中頻逆變和高頻逆變。工頻逆變一般指5060Hz的逆變電源，中頻逆變的頻率一般為400Hz到十幾KHz；高頻逆變電源的頻率則一般為十幾kHz到MHz。（2）按照逆變電源的輸出相數(shù)可以分為單項(xiàng)逆變電源、三項(xiàng)逆變電源和多相逆變電源。（3）按照逆變電源輸出能量的去向，可以

16、分為有源逆變電源和無源逆變電源。（4）按照逆變電源主電路的形式，可以分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變電源。當(dāng)然還有其他的分類方式可以把逆變電源分為不同的種類，這里不再敘述。采用逆變技術(shù)是為了獲得不同的穩(wěn)定或變化形式的電能，具有很多的優(yōu)點(diǎn)：eq oac(,1)靈活調(diào)節(jié)輸出電壓或電流的幅度和頻率，如交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速;eq oac(,2)將直流電轉(zhuǎn)換成交流電或其他形式的直流電，如程控交換機(jī)；eq oac(,3)減小用電設(shè)備的體積和重量，節(jié)省材料。eq oac(,4)高效節(jié)能。eq oac(,5)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,控制性能好,電氣性能指標(biāo)好。eq oac(,6)保護(hù)快?，F(xiàn)代電源技術(shù)是綜合應(yīng)用了電力電子

17、、電子與電磁技術(shù)、自動(dòng)控制與微處理器技術(shù)的一種多學(xué)科交叉技術(shù)。隨著電子電源的集成化、模塊化、智能化的發(fā)展，功率集成技術(shù)已經(jīng)模糊了整機(jī)與器件之間的界限。進(jìn)入80年代后，現(xiàn)代電源技術(shù)隨著IGBT、功率MOSFET、IPM、MCT等新元件的出現(xiàn)，諧振變流、軟開關(guān)、電路拓?fù)涞刃吕碚摰闹С?，功率因?shù)校正、并聯(lián)均流、有源鉗位、微機(jī)監(jiān)控等技術(shù)的應(yīng)用，使現(xiàn)代電源技術(shù)逐漸走上高頻化。高頻化帶來的直接好處就是使電源裝置的小型化，并使電源產(chǎn)品進(jìn)入到了更為廣闊的領(lǐng)域?，F(xiàn)代電源技術(shù)研究的總趨勢(shì)是交流電源以PWM為主流，不斷提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)近似為1的電源，并向大功率推進(jìn)；直流電源以開關(guān)方式為主流，擴(kuò)大輸出電

18、壓的多路電壓控制；進(jìn)一步提高開關(guān)頻率和功率密度，提高可靠性，降低電磁干擾和增強(qiáng)抗干擾能力并使電源模塊朝著超薄型和微型化發(fā)展。1. 緒論中頻逆變電源，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、艦船、雷達(dá)、通信、導(dǎo)彈、車輛等領(lǐng)域，其技術(shù)要求高，正向著高可靠性、輕量化、智能化模塊電源方向發(fā)展。逆變電源控制方法的實(shí)現(xiàn)可以采用數(shù)字控制，這是實(shí)現(xiàn)智能化和高可靠性的前提。而且可以方便的實(shí)現(xiàn)模塊化，對(duì)于產(chǎn)品的系列化生產(chǎn)具有很好的借鑒。數(shù)字控制系統(tǒng)具有通用性好、抗干擾能力強(qiáng)、控制規(guī)律靈活、可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制算法和便于實(shí)時(shí)控制等優(yōu)點(diǎn)。1.1 數(shù)字化逆變電源的發(fā)展傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制或者模擬與數(shù)字相結(jié)合的控制系統(tǒng)。雖然模擬控制技術(shù)已經(jīng)非常

19、成熟，但其存在很多固有的缺點(diǎn)：控制電路的元器件比較多。電路復(fù)雜，所占的體積較大；靈活性不夠，硬件電路設(shè)計(jì)好了，控制策略就無法改變；調(diào)試不方便，由于所采用器件特性的差異，致使電源一致性差，且模擬器件的工作點(diǎn)的漂移，導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)的漂移。模擬方式很難實(shí)現(xiàn)逆變電源的并聯(lián)，所以逆變電源數(shù)字化控制是發(fā)展的趨勢(shì)，是現(xiàn)代逆變電源研究的一個(gè)熱點(diǎn)。近年來隨著大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代可編程邏輯器件與數(shù)字信號(hào)處理器(digitalsignal processor，SP)技術(shù)的發(fā)展，使逆變電源的全數(shù)字控制成為現(xiàn)實(shí)。SP能夠?qū)崟r(shí)地讀取逆變電源的輸出，并實(shí)時(shí)地計(jì)算出PWM輸出值，使得一些先進(jìn)的控制策略應(yīng)用于逆變電源控制成為可能

20、，從而可對(duì)非線性負(fù)載動(dòng)態(tài)變化時(shí)產(chǎn)生的諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，將輸出諧波達(dá)到可以接受的水平。逆變電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：(1)減少控制元件數(shù)量，提高系統(tǒng)抗干擾能力。(2)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)的一致性較好，便于調(diào)試、安裝等。(3)有利于大規(guī)模逆變電源組成并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。從而實(shí)現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。(4)易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使得逆變電源的智能化程度更高，性能更完美，輸出電能質(zhì)量好，可靠性高，便于實(shí)現(xiàn)智能控制。隨著微處理器的可靠性與質(zhì)量的不斷提高，數(shù)字控制已經(jīng)在逆變控制中占據(jù)著主導(dǎo)地位，本文提出了一種基于DSP控制的方案1。1.2 數(shù)字化逆

21、變電源的控制由于早期的微處理器運(yùn)算速度有限，逆變電源的核心控制仍然需要模擬電路的參與，隨著電機(jī)控制專用DSP的出現(xiàn)和控制理論的普遍發(fā)展，使得逆變電源的控制技術(shù)朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，對(duì)于各種控制策略和控制算法的實(shí)現(xiàn)成為可能。常用的控制策略包括PID控制、無差拍控制、重復(fù)控制技術(shù)、狀態(tài)反饋控制等等，各種控制方法具有各自特點(diǎn)，有各自的應(yīng)用圍，有時(shí)為了達(dá)到較好的性能可能要求使用幾種控制方法，本文采用了改進(jìn)型重復(fù)控制，并通過DSP得到了較好的實(shí)現(xiàn)2。1.3 本文主要研究容本文對(duì)交流輸入220V，輸出交流115V、400HZ的中頻電源進(jìn)行了研制。本文的主要容主要集中在以下幾點(diǎn)：（1）基于雙向直流變換

22、器高頻逆變技術(shù)的主電路的結(jié)構(gòu)，雙向的DC/DC生成全波整流的正向的饅頭波，極性反轉(zhuǎn)逆變橋完成極性反轉(zhuǎn)，此電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、功率雙向流動(dòng)、適應(yīng)負(fù)載能力強(qiáng)，幅值的調(diào)制與極性控制獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，控制實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單。（2）控制策略采用改進(jìn)型重復(fù)控制，結(jié)合PID控制與重復(fù)控制各自的特點(diǎn)，對(duì)于電源的一些非線性的負(fù)載特別是整流性負(fù)載能得到較理想的輸出電壓波形。2 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變2.1 SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)SPWM正弦脈寬調(diào)制法(Sinusioidal PWM)是調(diào)制波為正弦波、載波為三角波或鋸齒波的一種脈寬調(diào)制法，由于三角載波的頻率通常較高，因而理論上其輸出電壓波形的諧波頻率主要集中在較高的頻率段上，所以經(jīng)過

23、很小的濾波器就可以得到比較理想的正弦波輸出電壓。這也是正弦脈寬調(diào)制技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的原因之一。其工作原理是采用正弦控制信號(hào)與高頻三角波載波信號(hào)相交截，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制信號(hào)，再經(jīng)過邏輯變換、功率放大等環(huán)節(jié)，得到功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率管開通關(guān)斷，從而在逆變器的輸出端得到正弦調(diào)制輸出。這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，通用住強(qiáng)，控制和調(diào)節(jié)性能好，具有消除諧波、調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的多重作用，是一種較好的波形改善方法，它的出現(xiàn)為中小型逆變器的發(fā)展起了重要作用。SPWM正弦脈寬調(diào)制根據(jù)每發(fā)生一次開關(guān)過程中，橋臂輸出電壓的脈沖極性的變化不同可分為雙極性脈寬調(diào)制(bipolar PWM)方式和單極性脈寬調(diào)制 (u

24、nipolarPWM)方式6。（1）單極性調(diào)制通過控制功率開關(guān)管的通斷，使輸出電壓在或即+1/0(-1/0)之間切換，這就是單極性的調(diào)制。用幅值為的參考正弦波，與幅值為頻率為正的三角波比較，產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。單極性正弦脈寬調(diào)制原理波形可采取以下幾種方式，具體如圖21所示。圖2-1(a)是用兩個(gè)極性相反的參考正弦波與雙向三角形載波交截產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這是單極性spwm調(diào)制當(dāng)中的倍頻調(diào)制方式。圖2-1(b)單極性調(diào)制是用單相正弦波全波整流電壓信號(hào)與單向三角形載波交截，從而得到高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)。低頻信號(hào)指的是控制單極性饅頭波倒向的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖2-1(c)是直接用參考正弦波與單向三角形載波交截產(chǎn)

25、生功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。對(duì)于單極性的調(diào)制可根據(jù)實(shí)際電路采用不同的方法，在本文中，采用是圖2-1(b)所示的方法，結(jié)合實(shí)際的主電路結(jié)構(gòu)使控制更簡(jiǎn)潔，達(dá)到較好的效果。2.雙極性調(diào)制工作在雙極性脈寬調(diào)制方式下的逆變器的對(duì)角功率管同時(shí)開通和關(guān)斷，同一橋臂上的兩個(gè)開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，所有功率管均為調(diào)頻開關(guān)。每發(fā)生一次開關(guān)，逆變橋的輸出電壓為正輸入電壓或負(fù)輸入電壓，從而輸出電壓在正負(fù)電平之聞切換。即+1/一1(一1/+1)切換方式，整個(gè)輸出電壓周期所得到的是兩態(tài)輸出電壓波形。對(duì)于BUCK型逆變器，有單極性和雙極性兩種調(diào)制方式。單極性調(diào)制屬于“1”，“0”、“-l”三態(tài)調(diào)制，在一個(gè)輸出周期，只有一段區(qū)域的能量從交流

26、側(cè)回饋到直流側(cè)；雙極性調(diào)制屬于“1”、“-l”兩態(tài)調(diào)制，每個(gè)開關(guān)周期均有能量從交流側(cè)回饋到直流側(cè)。因此，單極性調(diào)制逆變器將比雙極性調(diào)制逆變器有更優(yōu)良的輸出頻譜特性、更小的輸出濾波器。3（a）（b）（c） 圖2-1 單極性調(diào)制 圖2-2 雙極性調(diào)制2.2 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器是逆變器技術(shù)中的新概念，它由直流變換器和極性反轉(zhuǎn)逆變橋級(jí)聯(lián)而成。直流變換級(jí)將直流電壓變換成全波整流電壓，極性反轉(zhuǎn)逆變橋?qū)⑵淠孀兂烧医涣麟?，其類型由前置直流變換器的類型(BUCK或BUCK，BOOST)決定，因而稱為直流變換器型高頻環(huán)節(jié)變換器。下面將對(duì)單向直流變換器和雙向直流變換器分別介紹4。2

27、.2.1 單向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變單向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器電路結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)如圖2-3所示。該電路結(jié)構(gòu)由單向DC/DC變換器、濾波器、極性反轉(zhuǎn)逆變橋構(gòu)成，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、單向功率流、直流變換級(jí)工作在SPWM(輸出電壓調(diào)節(jié)圍寬)、極性反轉(zhuǎn)逆變橋功率開關(guān)電壓應(yīng)力低且為ZVS、輸出濾波器負(fù)擔(dān)減輕、適用于可再生能源的有源逆變以與阻性滿載時(shí)的無源逆變場(chǎng)合。A）電路結(jié)構(gòu) B）控制系統(tǒng) 圖2-3單向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器電路結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)如果將直流變換器用于無源逆變場(chǎng)合，其結(jié)果是空載、容性負(fù)載、感性負(fù)載甚至阻性輕載時(shí)輸出正弦電壓波形嚴(yán)重畸變，僅在阻性滿載時(shí)輸出波形較好，即負(fù)載適應(yīng)能力弱。圖2

28、-4是在不同負(fù)載()時(shí)，2KVA DC 180V/ACll5V400HZ逆變器的輸出電壓仿真波形。仿真結(jié)果表明：(1)阻性滿載時(shí)，輸出電壓質(zhì)量高，如圖2-4（a）所示輕載或空載時(shí)，輸出電壓近似為一方波，其原因是空載或輕載時(shí)，直流濾波電容C沒有放電回路或放電時(shí)間很大：(3)容性負(fù)載時(shí)，輸出電壓在某時(shí)間保持恒定，當(dāng)直流濾波電容和交流負(fù)載電容上的電壓相平衡時(shí)，均無放電回路，輸出電壓發(fā)生畸變，如圖2-4(c)所示：(4)感性負(fù)載時(shí)，直流濾波電容C和交流負(fù)載電感發(fā)生諧振，如圖2-4(d)所示：因此，該逆變器輸出電壓波形受負(fù)載影響很大，即負(fù)載適應(yīng)能力弱，僅適用于阻性滿載場(chǎng)合，不具有普遍適用意義。 （a）阻

29、性滿載 （b）輕載或空載 （c）額定電容性負(fù)載 （d）預(yù)定感性負(fù)載 圖2-4 逆變器不同負(fù)載時(shí)的電壓仿真波形2.2.2 雙向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變雙向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器如圖2-5所示，它由雙向DC/DC變換器、濾波電路、極性反轉(zhuǎn)逆變橋構(gòu)成，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、雙向功率流、直流變換級(jí)工作在SPWM(輸出電壓圍寬)、逆變橋功率開關(guān)電壓應(yīng)力低且為ZVS，輸出電壓波形質(zhì)量高、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)適用于無源逆變場(chǎng)合。9圖2-5 雙向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器電路結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)由于雙向的直流變換器能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，所以變換器能夠?qū)⒔涣髫?fù)載無功能量或電容上的電荷回饋到輸入直流電源側(cè)，從電感處的

30、電流可以看到電流為負(fù)時(shí)，負(fù)載向電源反饋能量，從而保證輸出電壓的正弦性，使電壓在任何負(fù)載時(shí)都能跟蹤參考電壓信號(hào)的變化，從而獲得理想的輸出電壓波形。逆變器在不同負(fù)載時(shí)的仿真波形如圖2-6所示（a）額定阻性負(fù)載 （b）空載（c）額定容性負(fù)載 （e）額定感性負(fù)載圖2-6 逆變器不同負(fù)載時(shí)的輸出電壓，電感電流仿真波形雙向DC/DC的二個(gè)開關(guān)管均為恒頻SPWM控制，二者交替工作。二個(gè)開關(guān)管的控制主要是控制有功功率向負(fù)載的傳遞以與無功功率的反饋。雙向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器的電路結(jié)構(gòu)，由雙向直流變換器和極性反轉(zhuǎn)逆交橋構(gòu)成，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、雙向功率流，輸出電壓波形質(zhì)量高、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，有效地克服了

31、單向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器的固有缺陷。本文中逆變電源采用的這種結(jié)構(gòu)，通過合理的控制算法能夠達(dá)到預(yù)期的目的。到預(yù)期的目的。112.3 本章小結(jié)本章主要介紹了直流變換器高頻環(huán)節(jié)逆變這種電路結(jié)構(gòu)，直流變換器由雙向直流變換器和極性反轉(zhuǎn)逆變橋構(gòu)成，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、雙向功率流、輸出電壓波形質(zhì)量高、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。這種電路結(jié)構(gòu)即BUCK逆變器應(yīng)用在400Hz逆變電源中。具有負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)，效率高等特點(diǎn)。并且采用單極性的SPWM調(diào)制，單極性調(diào)制逆變器將比雙極性調(diào)制逆變器有更優(yōu)良的輸出頻譜特性、更小的輸出濾波器。這種主電路結(jié)構(gòu)也使功率開關(guān)管的控制更加簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了控制電路設(shè)計(jì)與控制方法的實(shí)現(xiàn)，為逆變電

32、源提高整體性能打下基礎(chǔ)。3 直流/交流變換器直流/交流電功率變換器稱為逆變。本章論述直流/交流電功率變換的基本原理，介紹方波運(yùn)行模式下電壓型和電流型逆變器的特性，輸出電壓大小和波形的PWM控制基本原理，三相逆變器的空間矢量PWM控制，多電平逆變器、高壓大容量逆變器的復(fù)合結(jié)構(gòu)以與逆變器的基本應(yīng)用7。3.1 逆變器的類型和性能指標(biāo)直流/交流電功率變換是通過逆變器實(shí)現(xiàn)的。逆變器的輸入是直流電，輸出為交流電。交流輸出電壓基波頻率和幅值都應(yīng)能調(diào)節(jié)控制，輸出電壓中除基波成分外，還可能含有一定頻率和幅值的諧波。3.1.1 逆變器的類型 逆變器由主電路和控制系統(tǒng)兩部分組成。逆變器應(yīng)用廣泛，類型很多。其基本類型

33、有：（1）依據(jù)直流電源的類型，逆變器可分為電壓型逆變器和電流型逆變器。電壓型逆變電路的輸入為直流電壓源，逆變器講輸入的直流電壓逆變輸出交流電壓，因此也稱它為電壓源型逆變器VSI；電流型逆變電路的輸入端串接有大電感，形成平穩(wěn)的直流電流源，逆變器將輸入的直流電流逆變?yōu)榻涣麟娏鬏敵?，因此也稱它為電流源型逆變器CSI。（2）依據(jù)輸出交流電壓的性質(zhì)，可分為恒頻恒壓正弦波逆變器和方波逆變器，變頻變壓逆變器，高頻脈波電壓（電流）逆變器。（3）依據(jù)逆變電路結(jié)構(gòu)的不同，可分為單相半橋、單相全橋、推挽式、三相橋式逆變器。（4）依據(jù)開關(guān)器件與其關(guān)斷（換流）方式的不同，可分為采用全控型開關(guān)的自關(guān)斷換流逆變器和采用晶閘

34、管半控型開關(guān)的強(qiáng)迫關(guān)斷晶閘管逆變器兩類。晶閘管逆變器也可利用負(fù)載側(cè)交流電源電壓換流，負(fù)載反電動(dòng)勢(shì)換流或負(fù)載諧振換流5。3.2 電壓型單相方波逆變電路工作原理3.2.1 電壓型單相全橋逆變電路改變開關(guān)管的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，輸出交流電壓的頻率f也隨之改變。為保證電路正常工作，和兩個(gè)開關(guān)管不應(yīng)同時(shí)處于通態(tài)，、兩管不應(yīng)同時(shí)處于通態(tài)，否則將出現(xiàn)直流側(cè)短路。實(shí)際應(yīng)用中為避免上、下開關(guān)管直通，每個(gè)開關(guān)管的開通信號(hào)應(yīng)略為滯后于另一開關(guān)管的關(guān)斷信號(hào)，即“先斷后通”。同一橋臂上、下兩管、或、關(guān)斷信號(hào)與開通信號(hào)之間的間隔時(shí)間稱為死區(qū)時(shí)間，在死區(qū)時(shí)間中，、或、均無信號(hào)。3.3 電壓型單相逆變器電壓和波形控制上節(jié)中各

35、單相逆變電路輸出電壓均為寬的方波交流電壓。輸出電壓中基波電壓數(shù)值僅由輸入電壓唯一確定，而且輸出電壓中除基7波外含有大量的諧波，對(duì)其中的3、5、7等低階次諧波，若采用LC濾波器去衰減，則必須有LC數(shù)值很大的濾波器，因?yàn)橐獮V除n次諧波必須，即，諧波階次n低，要求L、C的諧振頻率低，要求L、C數(shù)值很大。3.4 三相逆變電路工作原理 三相交流負(fù)載需要三相逆變器，三相逆變器有兩種電路結(jié)構(gòu)，其一為由三個(gè)單相逆變器組成一個(gè)三相逆變器。每個(gè)單相逆變器可以是半橋式也可以是全橋式電路。三個(gè)單相逆變器的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間互差，三相輸出電壓、大小相等，相差，構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱的三相交流電源，通常變壓器的二次繞組都接成星型以

36、便消除負(fù)載端的三倍數(shù)的諧波。三相逆變器的另一種電路結(jié)構(gòu).3.5 三相逆變器輸出電壓和波形的SPWM控制 對(duì)于三相逆變器也可以采用本章第三節(jié)中單相逆變器的多脈波PWM控制或SPWM控制方式。在輸出電壓的每一個(gè)周期中，各開關(guān)器件通、斷轉(zhuǎn)換多次，實(shí)現(xiàn)即可調(diào)節(jié)、控制輸出電壓的大小、又可消除低次諧波改善輸出電壓波形。三相電壓型逆變電路任何時(shí)刻一個(gè)橋臂只有一個(gè)開關(guān)管被驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，上、下開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)。因此三相橋電壓型逆變電路這6個(gè)開關(guān)管同時(shí)被驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通。 當(dāng)負(fù)載為星型聯(lián)結(jié)時(shí)如果負(fù)載中點(diǎn)為N，則當(dāng)、同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，A、C兩點(diǎn)接電源正端，B點(diǎn)接電源負(fù)載各相阻抗相等，則，當(dāng)、同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，A、B、C三點(diǎn)都連在一起，故

37、,類似地分析可以畫出負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)負(fù)載相電壓的波形。3.6三相逆變器電壓空間矢量PWM控制基于傳統(tǒng)空間矢量脈寬調(diào)制(SPWM)控制的三相逆變器能夠獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng),但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜,需要高速微處理器。本文提出了一種新的簡(jiǎn)單SPWM控制方法。在理論分析的基礎(chǔ)上得出了逆變器實(shí)現(xiàn)SPWM調(diào)制的占空比計(jì)算公式。該方法具有傳統(tǒng)SPWM快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn),且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單13。4 系統(tǒng)綜述4.1 技術(shù)指標(biāo)輸入電壓:交流220V，頻率50HZ額定輸出功率：2KVA輸出電壓波形：正弦波輸出頻率:400HZ輸出電壓總諧波失真:THD54.2 系統(tǒng)主電路4.2.1 主電路結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)主要由以下A、B、C三個(gè)部分組成，功能是完

38、成交流220V/50Hz到交流115V/400HZ的變換，結(jié)構(gòu)如下： 圖4-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 (一) A部分(PFC boost)本部分的作用把交流電整流并通過boost電路升壓，輸出為360V的直流高壓，在控制電路控制下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，并使功率因數(shù)為1。這一級(jí)要保證功率因數(shù)為1，同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的功能。12(二) B部分(DC/DC)本部分完成從直流360V到直流180V的變換，采用變壓器隔離DC/DC變換，變壓器的作用是隔離與變壓，原邊的逆變橋由四個(gè)開關(guān)管組成，副邊由四個(gè)整流管組成，對(duì)于變橋同一橋臂開關(guān)管的控制采用互補(bǔ)控制，對(duì)角開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，逆變橋輸出極性為正或負(fù)的方波信號(hào)，正負(fù)脈沖的寬度各

39、為50，電路原理如圖4-2所示。圖4-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖A部分滿調(diào)制時(shí)VIV4驅(qū)動(dòng)波形如圖4-4(a)所示，占空比為50，圖中的波形沒有考慮死區(qū)，即認(rèn)為開關(guān)管為理想器件。圖中PWMl和PWM3同相，PwM2和PWM4同相沒有移相，此時(shí)副邊輸出電壓最高，如果不計(jì)損耗，那么副邊的輸出電壓為nVin，其中n為變壓器的變比在這里變比為2:l，這是滿調(diào)制時(shí)的輸出，此時(shí)副邊通過二極管來整流，即為不控整流。圖4-3 B 部分電路圖原邊的開關(guān)作用相當(dāng)于把輸入直流信號(hào)調(diào)制為交流的方波信號(hào)，副邊二極管則把該信解調(diào)為直流電壓輸出，由于V1與V4和V2與V3的脈寬均為T/2(T為開關(guān)周期)，Uab(變壓器副邊的電壓波形

40、)正半波和負(fù)半波經(jīng)歷時(shí)間均為T/2，經(jīng)過副邊整流之后可得到最大的輸出電壓，從而完成了從360V直流電壓到180V直流電壓的隔離與變換。開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高頻的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這也使變壓器有較小的體積，并能夠得到較高質(zhì)量的直流信號(hào)。(三)C部分(DC/AC)C部分即逆變電源中的逆變電路，它主要功能是完成DC180V到AC115Vrms/400Hz交流電壓的變換功能。這一部分是整個(gè)逆變電源的核心部分，也是本文所研究的重點(diǎn)部分。該逆變電路實(shí)際上是一種Buck逆變器，即上一章所提到雙向直流變換器，它是雙向直流變換器的一種應(yīng)用，這種Buck逆變器可以看作由兩個(gè)部分組成：(1)具有雙向電流導(dǎo)通能力的Buck變換

41、器。(2)全橋變換電路，如圖4-6所示。雙向直流Buck變換器由Buck電路和Boost電路結(jié)合而成，圖4-7(a)為Buck電路，圖4-7(b)為Boost電路，把功率二極管換成雙向開關(guān)就形成了雙向Buck變換器，如圖4-7(c)所示，從而實(shí)現(xiàn)了能量的雙向流動(dòng)。對(duì)于Buck變換器，它的輸出電壓V0=VinD(其中，Vin是輸入的直流電壓，D是主功率開關(guān)管M1的占空比)。在逆變器中，控制電路通過SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)控制開關(guān)管M1的占空比D，把輸入的直流電壓調(diào)制成相應(yīng)電壓波形輸出，使得Buck變換器在濾波電容c上的輸出電壓為一系列的正弦全波整流電壓，即單極性的饅頭波，再通過后一級(jí)的全橋變換電路使

42、一系列的單極性的正弦饅頭波在負(fù)載上展開成標(biāo)準(zhǔn)的詎弦波。工作原理如圖4-8所示。（a）原邊門極驅(qū)動(dòng)波形（b）變壓器副邊波形圖4-4 原邊的門極驅(qū)動(dòng)波形與變壓器原邊波形圖4-5 C部分電路圖圖4-6 C 部分的結(jié)構(gòu)圖（a）Buck 電路 （b） Boost 電路4-7（c）雙向直流buck 變換器 雙向Buck變換器由兩個(gè)MOSFET的開關(guān)管器件與D1、D2二極管組成。兩個(gè)開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，二極管具有續(xù)流的作用，從而能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，所以能夠接感性與容性負(fù)載。直流側(cè)的電壓采用單極性SPWM調(diào)制通過DC/DC在電感后面生成單極性饅頭波，即頻率為800HZ。全橋逆變部分由4個(gè)MOSFET開關(guān)管組成

43、，通過低頻開關(guān)信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入即單極性饅頭波周期倒向從而輸出400HZ的正弦波。輸出濾波電路由濾波電感L、濾波電容C構(gòu)成，其作用是將DC/AC輸出的含有高次諧波分量、基波頻率為400HZ的調(diào)制電壓波濾成低THD的115V/400HZ的交流正弦波，供交流負(fù)載作用。雙向Buck逆變電路的優(yōu)點(diǎn)：（1）雙向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器的電路結(jié)構(gòu)。由雙向直流變換器和極性反轉(zhuǎn)逆變橋構(gòu)成，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、雙向功率流、輸出電壓波形質(zhì)量高、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，有效地克服了單向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器的固有缺陷。（2）從上面的電路結(jié)構(gòu)可以看出此逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有一個(gè)缺點(diǎn):需要的開關(guān)管數(shù)量多，這樣一來就大大提商

44、了電路的成本。但是這個(gè)電路有二個(gè)主功率開關(guān)管工作在高頻狀態(tài)，后面的全橋電路的四個(gè)開關(guān)管都是以很低的頻率工作，而且都是在電壓過零的時(shí)候開關(guān)，其開關(guān)損耗幾乎為零。所以本電路損耗低,效率提高。（3）傳統(tǒng)的全橋逆變器存在一些不足，逆變器的輸出電壓幅值只能低于直流電壓的幅值。在某些要求輸出電壓高于輸入電壓的場(chǎng)合，就無法實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有軟開關(guān)逆變器存在缺陷，例如：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制困難；動(dòng)態(tài)性能差；有時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的電壓電流應(yīng)力，使得開關(guān)管選取困難,成本增加。（4）單極性的饅頭波，提高了采樣的精確度。如果采樣電壓為正負(fù)電壓，采樣電路就會(huì)復(fù)雜，經(jīng)過一些調(diào)理電路，影響采樣的精度。（5）電路控制變成兩部分，一個(gè)是高頻的SP

45、WM調(diào)制控制，生成饅頭波；一個(gè)是低頻的倒向控制。幅值控制與相位控制實(shí)現(xiàn)了分離解耦，控制起來更簡(jiǎn)單。（6）有利于實(shí)現(xiàn)多機(jī)的并聯(lián)。有功功率與幅值有關(guān)，無功功率與相位有關(guān)。（7）對(duì)于傳統(tǒng)的逆變電路由DC/DC、DC/AC組成，正弦信號(hào)生成在最后一級(jí)完成。對(duì)于本文DC/DC生成全波整流的饅頭波、DC/AC完成了極性的反轉(zhuǎn)，直流變換級(jí)工作在SPWM(輸出電壓寬)、極性反轉(zhuǎn)逆變橋功率開關(guān)電壓應(yīng)力低且為ZVS、輸出濾波負(fù)擔(dān)減輕、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)。逆變電路作為逆變電源的重要部分也是本文所討論的重點(diǎn)，以下主電路元件的選擇與參數(shù)的設(shè)計(jì)指的是逆變電路部分。84.2.2 主電路的參數(shù)設(shè)計(jì)主電路元器件設(shè)計(jì)包括功率開關(guān)管的

46、選擇、濾波電路參數(shù)設(shè)計(jì)。在此我們分別對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的論述。(1)開關(guān)元件的設(shè)計(jì)功率半導(dǎo)體器件在構(gòu)成機(jī)理、開關(guān)特性和功率上不斷出新，逆變器的開關(guān)頻率不斷提高。就逆變器容量方面看，功率MOS管用于小功率圍，功率晶體管用于中小功率圍，而門極可關(guān)斷晶閘管則用于較大功率圍。功率MOSFET具有優(yōu)良的開關(guān)特性、開關(guān)時(shí)間短、開關(guān)損耗低、可以工作在超聲頻脈沖情況下。它作為一種電壓控制多數(shù)載流子器件，柵極電路阻抗非常高，因此適用于多管并聯(lián)運(yùn)行。因?yàn)槠潋?qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，可以直接從CMOS邏輯驅(qū)動(dòng)，且不加緩沖電路，保護(hù)容易，基本上沒有二次擊穿現(xiàn)象。是首選功率器件之一。IGBT絕緣柵晶體管是一種利用MOS柵極進(jìn)行開通/關(guān)斷

47、的雙極型晶體管器件，具有MOSFET高輸入阻抗和類似于雙極型晶體管的低通態(tài)壓降，并且有像晶體管似的反相電壓阻斷能力。也是功率器件首選之一。功率雙極型晶體管GTR是電流控制的半導(dǎo)體電力電子器件。開關(guān)關(guān)斷時(shí)間較長(十幾延誤時(shí)間)，必須加上緩沖電路以保證其工作在安全工作區(qū)以，防止出現(xiàn)因局部發(fā)熱效應(yīng)導(dǎo)致的二次擊穿現(xiàn)象。分立元件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路元件多，電路復(fù)雜，穩(wěn)定性欠佳和使用不便，有大規(guī)模集成化基極驅(qū)動(dòng)電路芯片供選擇使用。門極可關(guān)斷晶閘管GTO開通和通態(tài)特性類似普通晶閘管，可以用一個(gè)負(fù)門極電流脈沖關(guān)斷陽極電流。關(guān)斷時(shí)間與GTR同一數(shù)量級(jí)，開關(guān)性能同門級(jí)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)關(guān)系很大，也需要加緩沖電路和采用適當(dāng)?shù)目?/p>

48、速過流保護(hù)措施。MOSFET功率器件一般選用三菱、富士、APT、IR公司的產(chǎn)品，如配套使用IR公司的三相驅(qū)動(dòng)芯片IR2130和IR公司的MOSFET可方便的構(gòu)成三相逆變器。IGBT可選用三菱、東芝、西門子、富士生產(chǎn)的產(chǎn)品，如富士公司的EXB841和IGBT可容易的構(gòu)成單相變頻器回路。電源額定輸出為：電壓=ll5V，功率=2KW，考慮到濾波器的損耗以與功率開關(guān)的開關(guān)損耗，設(shè)效率為80，則有：逆變器功率：=2/0.8-2.5(KW)峰值電流值：=/115=1.51.22.5/11555(A)其中：為過載因數(shù)，取值1.5，為安全系數(shù)，取值1.2。綜上，系統(tǒng)直流側(cè)輸出電壓約為U=180V，考慮電壓尖峰

49、影響和留有一定裕量，可以選擇400V的MOSFET器件。器件的電流等級(jí)則要根據(jù)它所通過的最大峰值電流來確定?？紤]到系統(tǒng)的過載系數(shù)為=1.5，安全系統(tǒng)=1.2，系統(tǒng)在輸出功率為2KVA時(shí)的MOSFET器件峰值約為55A?？紤]到電流紋波以與反并聯(lián)二極管反向恢復(fù)尖峰電流，因此器件的電流等級(jí)可取為60A(2)輸出濾波器的選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)輸出交流濾波器的作用是濾除逆變橋輸出SPWM波的諧波分量，表面看來好象LC濾波參數(shù)越大，系統(tǒng)輸出波形越好。實(shí)際上，濾波時(shí)閫常數(shù)越大，不僅濾波電路的體積和重量過大，而且濾波電路引起的相位滯后變大，采用閉環(huán)波形反饋控制時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越差。相反，濾波參數(shù)選得過小，系統(tǒng)中的

50、高頻分量得不到很好的抑制，輸出電壓不能滿足波形失真度的要求。因此，選擇濾波器參數(shù)時(shí)，要綜合考慮這兩方面的因素。輸出濾波器設(shè)計(jì)的基本要求應(yīng)保證逆變器輸出正弦電壓的波形失真度滿足要求的前提下，盡可能減小體積、重量，盡可能減小無功功率損耗。為了滿足以上的幾點(diǎn)要求，可以通過以下兩個(gè)途徑設(shè)計(jì)濾波器的參數(shù)。濾波器是一種具有選擇性的四端網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率信號(hào)通過，而不允許另一些頻率信號(hào)通過。允許通過的信號(hào)頻率圍稱為通帶，不允許通過的信號(hào)頻率圍稱為阻帶，通帶與阻帶交界的頻率稱為截止頻率。根據(jù)濾波器的阻帶與通帶的位置，濾波器可分為：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。根據(jù)濾波器的結(jié)構(gòu)又可分為：r型濾波器、T型

51、濾波器和型濾波器。在逆變電源的輸出濾波電路中，通常采用r型低通濾波器，其電路如圖4-9所示：，隨頻率升高而升高；隨頻率升高而降低。L=1/(C)所對(duì)應(yīng)的頻率為截止頻率，與L、C的關(guān)系如下： (4-1) (4-2) 圖4-9 濾波電路假設(shè)逆變器輸出電壓中基波頻率f1為400HZ：最低次諧波頻率為40KHZ；截止頻率為4KHZ。由于，故，w1L對(duì)基波信號(hào)阻力很??；1/(C)對(duì)基波信號(hào)分流很小，因此允許基波信號(hào)通過。由于，故,L對(duì)最低次諧波信號(hào)阻力很大；1/C對(duì)最低諧波信號(hào)分流大，因此濾波器不允許最低次諧波信號(hào)通過，更不允許高于最低次諧波次數(shù)的信號(hào)通過。由（4-1)可以推導(dǎo)出L、C計(jì)算公式，現(xiàn)推導(dǎo)如

52、下： (4-3)令特性阻抗則:L=(4-4)因?yàn)?=L/C所以 （4-5）將(4-2)帶入上式可得由(4-3)可見，只要知道、P的值，便可計(jì)算出L、C。(1)特性阻抗P的選擇特性阻抗與負(fù)載阻抗的關(guān)系是=(0.50.8)RL(2)截至頻率的選擇截止頻率與最低次諧波頻率的關(guān)系是式中b稱為濾波器的衰減系數(shù)，它是濾波器的諧波輸入電壓與諧波輸出電壓的比值對(duì)數(shù)。由電源的額定輸出功率2KW，輸出電壓為115V，可得由式(4-2)(4-3)可得L約為，C約為7。此外，對(duì)于L、C的選擇還要考慮到紋波的要求。一般可取電感的脈動(dòng)電流為輸出電流的15，輸出電流約為20A，所以取3A。L的計(jì)算可由下式求得：其中:E為直

53、流側(cè)的電壓180V為輸出電壓的瞬時(shí)值D為輸出電壓的占空比Ts為開關(guān)周期，即1/當(dāng)D為1/2時(shí)，取最大值，可求得L約為370uH綜合以上因素，并考慮L、C的體積與其它因素等，最后我們選取L的值是，C為。4.3 驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、測(cè)量電路電力電子器件的驅(qū)動(dòng)是電力電子電路與控制電路之間的接口，是電力電子系統(tǒng)的重要的環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有很大的影響。功率元件的驅(qū)動(dòng)電路必須具備兩個(gè)功能：一是實(shí)現(xiàn)控制電路與被驅(qū)動(dòng)的IGBT柵極或者M(jìn)OSFET柵極間的電隔離；二是提供合適的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖電流。實(shí)現(xiàn)電隔離可采用脈沖變壓器或光電耦合器等。15本電路采用了光耦隔離技術(shù)，然而不是簡(jiǎn)單的使用光耦，而是使用了光耦隔離的通用驅(qū)

54、動(dòng)集成塊TLP250。圖4-10中選用的TLP250就是專門用來驅(qū)動(dòng)小功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)器，其輸出電流在達(dá)到0.5A的條件下，開通、關(guān)斷的邊沿時(shí)闖也不過200300ns，有較快的反應(yīng)時(shí)間和可靠性。TLP250有較好的隔離和放大作用，在光耦的部就有驅(qū)動(dòng)電路。考慮到驅(qū)動(dòng)電路要隔離，兩個(gè)光耦采用獨(dú)立的電路供電，電源采用兩個(gè)DC/DC模塊NR24S15/100A來供電。圖4-10 驅(qū)動(dòng)電路對(duì)于光耦的驅(qū)動(dòng)電路，導(dǎo)線不宜過長，否則會(huì)受干擾。為了改善控制脈沖的前后沿陡度和防止振蕩，減少M(fèi)OSFET漏極大的電壓尖脈沖，需在柵極串聯(lián)電阻，當(dāng)增大時(shí)，會(huì)引起MOSFET的通斷時(shí)間延長，能耗增加，減小，會(huì)使di/

55、dt增大,可能引起MOSFET的誤導(dǎo)通或損壞。因此，應(yīng)根據(jù)電流容量和電壓額定值與開關(guān)頻率的不同，來選擇合適的R2阻值，通常選取為幾歐至幾百歐。MOSFET屬電壓控制器件，當(dāng)漏源極問加有高壓時(shí)，易受外界干擾，使柵源電壓超過而引起器件導(dǎo)通，尤其在有上下橋臂的變換器或逆變器中，很容易造成同臂短路。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，在柵-源極間務(wù)必并接一只柵源電阻，如圖4-10所示。在驅(qū)動(dòng)信號(hào)開路時(shí)，將保持低電平，如果太小，會(huì)使器件開通時(shí)間變大，降低了開關(guān)頻率。通常=(10005000)R1，并且應(yīng)將并接在柵源極最近為宜。該驅(qū)動(dòng)電路的、分別為4.7與10檢測(cè)電路即A/D采樣電路包括傳感器A/D調(diào)理電路和片A/D轉(zhuǎn)換

56、器。輸出的電壓和電流經(jīng)過傳感器，轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電壓、進(jìn)入信號(hào)調(diào)理電路，得到滿足片A/D轉(zhuǎn)換要求的被測(cè)信號(hào)，送入片A/D轉(zhuǎn)換器。（一）傳感器的選用對(duì)于輸出的電壓、電流的檢測(cè)可以用檢測(cè)變壓器，但考慮到采樣頻率比較高，控制要時(shí)控制，對(duì)采樣的精度和快速性要求比較高，所以經(jīng)比較后使用LEM公司的電壓、電流傳感器模塊。而且霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)十分顯著:電氣隔離性能好、測(cè)量精度高、線性度好，抗外界電磁溫度等因素的干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快;體積小,安裝方便簡(jiǎn)單。圖4-11所示為霍爾電壓傳感器的連接電路，采樣輸出電阻上的電壓,采用LEM公司的LV28-P電壓霍爾模塊。LV28-P需要15V的電源，在這里由CRF06-

57、12D15(D表示)提供正負(fù)電源。磁平衡式電流和電壓傳感器模塊測(cè)量的輸出信號(hào)為電流形式，若要獲得電壓輸出形式，則需要在輸出端和電源零點(diǎn)之間串聯(lián)一只測(cè)量電阻，取電阻上的電壓，即可獲得電壓輸出形式。電阻R2實(shí)現(xiàn)此功能。C1為濾波電容。采樣電路的參數(shù)的確定：對(duì)于原邊10mA電流，副邊電流為25mA；原邊電壓為200V，在副邊得到3V電壓，R1=200V/10mA=20,R2=3V/25mA=。采樣電壓輸出的關(guān)系：V/V采樣=（10mA20K）/(25mA120);V采樣=(3/200)VOUT從而基準(zhǔn)電壓VREF=(V采樣/3)1023即程序中給基準(zhǔn)電壓值。圖4-11 檢測(cè)電路（二）A/D的調(diào)理電路

58、LF2407A部A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)圍為03.3V，因此我們需要將進(jìn)入DSP的A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)調(diào)理為03V。由于本逆變電源主電路的特殊的結(jié)構(gòu),電壓的采樣點(diǎn)在雙向DC/DC與低頻全橋之間,采樣的電壓波形為正向的饅頭波，所以在調(diào)理電路中不必采用精密整流電路或提升電壓的電路,這兩種電路增加了電路復(fù)雜程度,降低了精度(對(duì)于精密整流電路，還要有極性判斷,電路復(fù)雜,對(duì)電壓提升電路降低了精度)。對(duì)于本采樣電路如下圖4-12所示，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。（三）過壓保護(hù)電路為了防止輸出電壓過高而損害負(fù)載,必須加過壓保護(hù)電路,其結(jié)構(gòu)如圖4-13所示。過壓保護(hù)根據(jù)要求設(shè)置在180V，由于輸出過壓時(shí)對(duì)負(fù)載影響很大，因此要求過

59、壓時(shí)逆變器迅速關(guān)斷。過壓保護(hù)具體的工作原理為：輸出電壓經(jīng)霍爾傳感器、調(diào)理電路到過壓保護(hù)電路，逆變器正常工作時(shí),采樣電壓低于過壓基準(zhǔn),比較器輸出高電平。出現(xiàn)輸出過壓時(shí),采樣電壓高于過壓基準(zhǔn),則比較器輸出低電壓,過壓保護(hù)立刻動(dòng)作封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖。這種保護(hù)方式是可恢復(fù)性的,當(dāng)輸出電壓的有效值低于基準(zhǔn)時(shí),系統(tǒng)重新工作。（四）過流保護(hù)電路同樣,為了防止輸出電流過高而損害開關(guān)管以與負(fù)載，也要加過流保護(hù)電路，其基本結(jié)構(gòu)如上圖。過流保護(hù)設(shè)置在1.2倍額定輸出電流。過流保護(hù)也是可恢復(fù)的。為了防止高頻信號(hào)的干擾，采用了滯環(huán)比較器形式。4.4 本章小結(jié)本章對(duì)逆變電源的主電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并重點(diǎn)分析了逆變部分的電

60、路結(jié)構(gòu)與其特點(diǎn)，BUCK直流變換器可以看成是由Buck與Boost電路結(jié)合而成，實(shí)現(xiàn)了雙向功率流，不僅可帶阻性負(fù)載而且可帶一定的容性與感性負(fù)載。同時(shí)介紹了電源其它電路，包括驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路，保護(hù)電路等，并給出了各電路相關(guān)元件的參數(shù)的計(jì)算和選型。圖4-12 采樣電路5 改進(jìn)型重復(fù)控制5.1概述逆變電源控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大都采用反饋控制技術(shù)。反饋控制技術(shù)大體上可分為兩大類：連續(xù)時(shí)間控制與離散時(shí)間控制。連續(xù)時(shí)間控制策略是用模擬電路實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)際應(yīng)用中模擬控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因?yàn)樗褂玫钠骷髯缘奶匦圆町愔率垢麟娫吹膮?shù)和特性有所差異，電源的一致性不好。若要實(shí)現(xiàn)逆變電源的并聯(lián)，則對(duì)電源的一致性要求更高，而