一種電壓-電壓SPWM控制DC/AC電路的設計

　　正弦波逆變電源被廣泛的應用于電力、郵電、通信、航天等各個(gè)領(lǐng)域， 而且隨著(zhù)微電腦技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，正弦波逆變電源的應用越來(lái)越廣。為了滿(mǎn)足用戶(hù)對電能質(zhì)量的要求，逆變電源在直流輸入電壓波動(dòng)的情況下應保持輸出電壓恒定。傳統的電壓?jiǎn)苇h(huán)控制一般存在輸出電壓波動(dòng)大、動(dòng)態(tài)響應慢等缺點(diǎn)，很難實(shí)現精確控制。在逆變電路中為了克服以上不足，采用電壓前饋控制技術(shù)來(lái)解決此問(wèn)題。本文在單相SPWM逆變的基礎上，采用前饋調整三角載波和反饋調整正弦波相結合的電壓- 電壓復合控制方案，較好地解決了輸出電壓瞬態(tài)偏離問(wèn)題，且實(shí)現簡(jiǎn)單。

　　電壓- 電壓復合控制基本思想

　　在DC/AC逆變電路中， 輸出電壓與輸入電壓存在一定的線(xiàn)性關(guān)系。當輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓隨之相應改變。為了使輸出電壓保持穩定，一般要采集電壓輸出量進(jìn)行反饋閉環(huán)控制。但是由于逆變電源開(kāi)關(guān)頻率較高， 且電路存在電感、電容等延時(shí)元件，使得反饋電壓的變化滯后于輸入電壓的變化， 系統的反應與調節比較遲緩， 容易造成較大的瞬態(tài)偏離。如果能在輸出電壓變化之前，利用輸入電壓的變化對電路的控制信號進(jìn)行調節，即在采用電壓反饋技術(shù)的基礎上輔以電壓前饋技術(shù)則能較好地解決這個(gè)問(wèn)題。這種電壓- 電壓復合控制，可以實(shí)現動(dòng)態(tài)響應快、調節迅速、輸出電壓波動(dòng)小的目的。

　　前饋型DC/ AC控制電路的設計與實(shí)現

　　DC/AC逆變器的控制電路可由分立元件或集成元件構成。

　　由分立元件構成的控制電路

　　由分立元件構成的控制電路多采用調制法，即把正弦波信號作為調制波， 用三角波作為載波， 當三角波與正弦波相交時(shí)對電路中的開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行控制。采用調制法進(jìn)行控制時(shí)三角載波的頻率是遠大于正弦調制波的頻率的。所以在三角波的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中可以近似地認為正弦波Vc 為常量，這樣就與DC/ DC 變頻器的控制規律是相同的了，如圖1 所示。占空比D =Vc/ Vr(Vc< Vt) ，改變Vc、Vr任意一個(gè)的幅值即可改變輸出電壓的大小。當三角波由Vr 變?yōu)閂r′時(shí)， 占空比的大小由T1/T變?yōu)門(mén)2/T。

　　在SPWM中， 一般將正弦波峰值Vc與三角波峰值Vr的比值稱(chēng)為調制度a ， 即a =Vc/Vr。這樣DC/AC變換電路輸入輸出之間有如下的數量關(guān)系: 輸出電壓的基波有效值Uo正比于調制度a及輸入電壓UI， 即UOl = KaUI = KUIVc/Vr ， ( K為常數，與主電路結構有關(guān)) 。于是， 當UI變?yōu)樵瓉?lái)的n倍的時(shí)侯， 要保持輸出電壓穩定， 三角波峰值電壓也要相應地變?yōu)樵瓉?lái)的n 倍。

　　據上述原理構成的DC/AC逆變電路如圖2所示。輸入電壓UI分壓后經(jīng)斬波電路斬波，得到電壓幅值隨輸入電壓變化的方波電壓Us，Us經(jīng)有源積分電路積分后得到三角波電壓Ur。積分前后的電壓波形如圖3所示。此三角波電壓的峰值是正比于方波幅值電壓的，于是三角波峰值電壓隨輸入電壓成比例地變化，保持了輸出電壓的穩定。此電路控制過(guò)程獨立， 互不干擾， 使得電路的設計和實(shí)際調試變得簡(jiǎn)便?？刂撇糠衷O計方法簡(jiǎn)單易行，達到了快速穩定輸出的目的。

　　控制電路由集成元件構成

　　隨著(zhù)微處理器性?xún)r(jià)比的不斷提高， 逆變電源已進(jìn)入了智能化階段， 可用集成元件來(lái)方便地組成控制電路。目前由集成元件實(shí)現的控制電路主要有專(zhuān)用集成芯片法和微機生成法。專(zhuān)用的生成SPWM的芯片如SA838、SA868、HEF4752、SLE480等。該方法的優(yōu)點(diǎn)是電路集成度高、可靠性高;微機生成法控制電路由單片機采用軟件方式產(chǎn)生，目前市場(chǎng)上有許多性?xún)r(jià)比高的單片機， 如PIC系列或引腳少的MC51系列單片機， 可用指令產(chǎn)生SPWM， 并可方便地實(shí)現對逆變系統的控制、監視、管理和保護。