一種高性能逆變電源的實(shí)現(xiàn)過(guò)程分析

　　逆變電源是不間斷電源、靜止航空電源、新能源發(fā)電技術(shù)等許多設(shè)備的關(guān)鍵部件。許多場(chǎng)合都要求逆變器能輸出失真度小的正弦波，因而消除諧波是逆變電源的基本要求之一[1]。文獻(xiàn)[2]討論了繼電保護(hù)測(cè)試儀用逆變電源的設(shè)計(jì)，其中利用SPWM生成芯片，結(jié)合頻率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)相位的閉環(huán)控制，其逆變電源可精確跟蹤給定信號(hào)頻率，并控制相位和幅值;文獻(xiàn)[3]介紹了基于TMS320F2812DSP的逆變中頻電源，其充分利用了DSP的外圍硬件電路，省去了單片機(jī)控制時(shí)的部分?jǐn)U展電路;文獻(xiàn)[4]給出了單相逆變電源的主電路和控制電路的設(shè)計(jì)思想，仿真軟件OrCAD的仿真結(jié)果證實(shí)了其設(shè)計(jì)的單相逆變電源的輸出電壓諧波含量較低。筆者擬采用單片機(jī)作為控制器，脈沖信號(hào)產(chǎn)生采用消諧PWM法，詳細(xì)介紹其硬件、軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

　　消諧PWM控制

　　采用PWM控制技術(shù)的主要目的之一是為了解決逆變電源輸出的諧波問(wèn)題[1]，高頻PWM控制不僅可以有效地減小輸出電壓的諧波含量，而且可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。消諧控制的基本思想是：以PWM脈沖波形的切換點(diǎn)相位作為未知數(shù)，通過(guò)PWM脈沖的傅里葉級(jí)數(shù)分析，獲得輸出電壓的基波分量和各次諧波分量的表達(dá)式，然后根據(jù)基波和各次諧波幅值的要求建立一個(gè)與未知數(shù)個(gè)數(shù)相等的方程組，通過(guò)求解方程組，獲得各個(gè)脈沖的切換時(shí)刻，并按該時(shí)刻實(shí)施控制，則輸出電壓的基波和各次諧波幅值將會(huì)是期望值。一般情況下，總是令基波幅值為一個(gè)期望的非零值，而令各次諧波的大小為零，這樣經(jīng)過(guò)消諧PWM控制方程的逆變器將不含指定的低階諧波值。

　　假定逆變器輸出PWM波形在四分之一周期內(nèi)有N個(gè)開(kāi)關(guān)切換點(diǎn)，每個(gè)開(kāi)關(guān)切換點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相位角分別為(ai=1，2，…，N)，且有0≤a1

　　式(1)為雙極性調(diào)制且開(kāi)關(guān)角個(gè)數(shù)N為奇數(shù)時(shí)的表達(dá)式，式(2)為雙極性調(diào)制且開(kāi)關(guān)角個(gè)數(shù)N為偶數(shù)時(shí)的表達(dá)式，式(3)為單極性調(diào)制時(shí)的表達(dá)式。設(shè)逆變器輸出基波電壓幅值與輸入直流母線電壓比值為M，假定式(1)、式(2)對(duì)應(yīng)的PWM波形用于三相逆變器，式(3)對(duì)應(yīng)的PWM波形用于單相逆變器，則式(1)~(3)式可得出相對(duì)應(yīng)的消諧方程分別如(4)~(6)式所示。求解上述方程即可得到一組開(kāi)關(guān)切換角，將此切換角轉(zhuǎn)化為單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)脈沖數(shù)據(jù)表保存在程序存儲(chǔ)器中，供實(shí)時(shí)控制時(shí)查詢。