基于DSP的雙極性雙調制波高頻鏈逆變器實(shí)現

摘要：研究了電壓型高頻鏈逆變器的拓撲及控制方式。選用了全橋全波式高頻鏈逆變器作為主電路，采用雙極性雙調制波控制方案解決雙向電壓型高頻鏈逆變器的固有電壓過(guò)沖問(wèn)題。理論分析了電路拓撲和控制策略的合理性和變換器開(kāi)關(guān)器件實(shí)現軟開(kāi)關(guān)的可行性。設計了基于雙極性雙調制波控制的軟件程序及數字PI控制器算法的TMS320F2812的閉環(huán)控制系統。實(shí)驗結果表明，高頻逆變橋開(kāi)關(guān)管實(shí)現了ZVS開(kāi)通，周波變換器開(kāi)關(guān)管實(shí)現了ZCS關(guān)斷，高頻鏈逆變器輸出高質(zhì)量的正弦波電壓，證明了基于DSP控制的雙極性雙調制波控制模式的高頻鏈逆變器可行性。

關(guān)鍵詞：逆變器；高頻鏈；雙極性雙調制；軟開(kāi)關(guān)

1 引言

DC／AC逆變電源應用廣泛，傳統的低頻逆變技術(shù)采用工頻變壓器，其缺點(diǎn)明顯。所謂高頻鏈逆變技術(shù)就是采用高頻變壓器替代低頻變壓器傳輸能量，并實(shí)現變流裝置初、次級電源之間的電氣隔離，減小了變壓器的體積和重量，克服了低頻逆變技術(shù)的缺點(diǎn)，顯著(zhù)提高了逆變器的特性。

雙向電壓型高頻鏈逆變器存在一個(gè)固有的缺陷，即采用傳統PWM技術(shù)的周波變換器換流時(shí)漏感能量會(huì )引起電壓過(guò)沖。在不增加拓撲復雜性

的情況下，采用合理的調制方法可解決這一問(wèn)題。雙極性雙調制波方法是一種有效的方案，在不加箝位或吸收電路時(shí)，該方法可以實(shí)現高頻逆變橋開(kāi)關(guān)管的ZVS開(kāi)通和周波變換器開(kāi)關(guān)管的ZCS關(guān)斷；濾波電感電流極性選擇信號的引入，避免了換流重疊期間周波變換器中的環(huán)流現象。此外，該控制方法易于用數字控制實(shí)現。這里在全橋全波式高頻鏈逆變器拓撲的基礎上，實(shí)現了基于DSP TMS320F2812的雙極性雙調制波控制策略。

2 主電路與工作原理

全橋全波式高頻鏈逆變器的基本結構如圖1所示，主要由高頻逆變橋、高頻變壓器、周波變換器和輸出濾波器組成。其中VS1～VS4為高頻逆變橋的開(kāi)關(guān)管，VS5～VS8為周波變換器的開(kāi)關(guān)管，T為高頻變壓器，Lf，Cf組成濾波器，Ui為輸入直流電壓，uo為輸出電壓。該拓撲具有變換效率高、可靠性高、雙向功率流和兩級功率變換等特點(diǎn)。

雙極性雙調制波控制的原理圖如圖2所示。它將三角波作為載波，調節器的輸出與其相反值作為調制波，對電路中的開(kāi)關(guān)管進(jìn)行控制。高頻逆變橋可看作單相方波逆變器，若不考慮死區時(shí)間，則逆變橋開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)信號的占空比恒為0．5。周波變換器采用移相控制，驅動(dòng)信號由調制波及其相反值分別與三角載波交截得到，移相角隨正弦規律略有變化。為保證周波變換器開(kāi)關(guān)管換流時(shí)濾波電感電流連續，VS5和VS7，VS6和VS8的驅動(dòng)信號間應有共態(tài)導通時(shí)間。另外，周波變換器開(kāi)關(guān)管流過(guò)的電流為濾波電感電流，為防止周波變換器開(kāi)關(guān)管在換流時(shí)電路產(chǎn)生環(huán)流，應檢測濾波電感電流的極性來(lái)控制周波變換器中各開(kāi)關(guān)管的通斷。

由圖2可知，采用雙極性雙調制波策略時(shí)，高頻逆變橋可以視為方波逆變器。在周波變換器中，忽略濾波電感電流極性選擇，當Uo>0時(shí)，VS5，VS7為超前臂，VS8，VS6為滯后臂；當uo0時(shí)，VS5，VS7為滯后臂，VS8，VS6為超前臂。當不考慮高頻逆變橋死區以及周波變換器換流重疊區時(shí)，所有開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)信號的占空比為0．5。

在該控制方法中，高頻變壓器傳遞的是占空比恒為0．5的交流方波，高頻交流方波再經(jīng)過(guò)周波變換器進(jìn)行低頻解調，輸出雙極性SPWM波，經(jīng)低通濾波后，輸出正弦波。該控制方法解決了電壓型高頻鏈逆變器換流時(shí)固有的電壓過(guò)沖問(wèn)題，控制信號易于用數字控制實(shí)現。

3 控制信號的實(shí)現原理與DSP系統

傳統的移相技術(shù)的驅動(dòng)信號實(shí)現較為簡(jiǎn)單，用常用的集成PWM控制器即可實(shí)現，如IC芯片UC3875等。周波變換器開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)信號的占空比并非完全恒定，相位差隨正弦規律變化，用IC實(shí)現較復雜。而利用DSP生成脈沖，只需編程，使用事件管理器就能產(chǎn)生高頻鏈逆變器所有開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)信號，并且精度高，穩定性好。

此處利用TMS320F2812芯片的事件管理器來(lái)產(chǎn)生高頻鏈逆變器所有的脈沖。產(chǎn)生開(kāi)關(guān)管的控制信號的原理如圖3所示。