【正文】 而不允許另一些頻率信號(hào)通過。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 49所示： LL XFLX ,12?? ?? ， 隨頻率升高而升高； CC XCX ),/(1 ?? 隨頻率升高而降低。由 （ 41)可 以推導(dǎo)出 L、 C計(jì)算公式，現(xiàn)推導(dǎo)如下： LCLLCf C ?? 2//)2/(1 ?? (43) 令 LC?? 特性阻抗 則 : L= Cf?? 2/ (44) 因?yàn)? 2? =L/C 所以 2/?LC? （ 45） 將 (42)帶入上式可得 CfC ?2/1? 由 (43)可 見，只要知道 Cf 、 P的值，便可計(jì)算出 L、 C。一般可取電感的脈動(dòng)電流 Li? 為輸出電流的 15％，輸出電流約為 20A，所以 Li? 取 3A。實(shí)現(xiàn)電隔離可采用脈沖變壓器或光電耦合器等。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。 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 GSU 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。該驅(qū)動(dòng)電路的 2R 、 3R 分 別為 ? 及 10 ?K 檢測電路即 A/D采樣電路包括傳感器 A/D調(diào)理電路和片內(nèi) A/D轉(zhuǎn)換器。體積小 ,安裝方便簡單。 )提供正負(fù)電源。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 ?K ,R2=3V/25mA= ?120 。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 )。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。 過流保護(hù)設(shè)置在 。同時(shí)介紹了電源其它電路，包括驅(qū)動(dòng)電路、檢測電路，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。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，而模擬控制方式很難實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。該控制算法具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和較強(qiáng)的魯棒性，但將其數(shù)字化后應(yīng)用到正弦波逆變電源系統(tǒng)中，由于各種因素的影響，其穩(wěn)態(tài)輸出特性差。一旦系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)較大波動(dòng)和系統(tǒng)模型建立不準(zhǔn)確，系統(tǒng)將出現(xiàn)很強(qiáng)的振蕩。因此，一種必然的發(fā)展趨勢是各種控制方案互相滲透，取長補(bǔ)短，互濟(jì)優(yōu)勢，結(jié)合成復(fù)合的控制方案。算法蘊(yùn)含了動(dòng)態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在和將來的主要信息，其中，比例 P代表了當(dāng)前的信息，起校正動(dòng)態(tài)偏差的作用，使過程反應(yīng)迅速。寫成傳遞函數(shù)的形式 如 (52)式 )11()( )()( sSKsE sUsG DiP ?????? （ 52） 控制結(jié)構(gòu)圖如 圖 51所示。所以在逆變電源的控制當(dāng)中僅僅靠 PID數(shù)字控制還不能達(dá)到較好的效果，所以還需要采取其它的辦法。內(nèi)模的作用類似于一個(gè)帶記憶的控制信號(hào)保持器，當(dāng)誤差衰減到零時(shí)，它仍能維持一種適當(dāng)?shù)目刂谱饔?。圖 52為其等效結(jié)構(gòu)圖，這是一個(gè)周期延遲正反饋環(huán)節(jié)，只要輸入信號(hào)以基波周期重復(fù)出現(xiàn)，該內(nèi)模的輸出就是對(duì)輸入信號(hào)的逐周期的累加。只不過重復(fù)信號(hào)發(fā)生器是對(duì)誤差進(jìn)行以周期為步長的累加，而積分壞節(jié)是對(duì)誤差進(jìn)行連續(xù)時(shí)聞的累加。實(shí)際應(yīng)用中重復(fù)控制全都是以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)的 ，重復(fù)信號(hào)發(fā)生器的離散形式是 (55)式 : NzzGm ??? 1 1)( （ 55） 其等效結(jié)構(gòu)圖參見圖 53,每周期采樣次數(shù)為 N，以 N個(gè)單拍延時(shí)環(huán)節(jié) z1的串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)周期延時(shí)，這意味著微處理器要為實(shí)現(xiàn)重復(fù)信號(hào)發(fā)生器留出 N個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)一個(gè)周期的采樣值，這在以 DSP為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)中是很容易實(shí)現(xiàn)的。下面將對(duì)重復(fù)控制器的每一部分作詳細(xì)的介紹。 （ 3） 補(bǔ)償器 S(z) 補(bǔ)償器 S(z)是針對(duì)對(duì)象 PB（ z） 的特性而設(shè) 置 的 ,它是重復(fù)控制器重要的部分，對(duì)重復(fù)控制系 統(tǒng)的性能好壞有決定性影響?？刂屏康?相位或幅值不合適，都會(huì)影響波形校正效果甚至系統(tǒng)的穩(wěn)定。所以關(guān)鍵是相位補(bǔ)償問題。這一現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是：由于假定了指令和擾動(dòng)為重復(fù)性的，所以本來無法“超前實(shí)施”的控制量，可以通過延遲至下一周期適當(dāng)時(shí)刻而獲得超前性。其控制思想是假定前一周期出現(xiàn)的輸出電壓波形畸變將在下一周期的同一時(shí)刻再次出現(xiàn)，控制器根據(jù)參考信號(hào)和輸出電壓反饋信號(hào) 的誤差來確定所需的校正信號(hào)，然后，在下一個(gè)基波周期將此校正信號(hào)疊加在原控制信號(hào)上，這樣就可以消除輸 出電壓的周期性畸變。這樣，如果系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)干擾，消除干擾對(duì)輸出的影響至少要一個(gè)參考周期。 [8] 改進(jìn)型重復(fù)控制 綜上所述，數(shù)字 PID控制和重復(fù)控制應(yīng)用到正弦波逆變電源系統(tǒng)中，既有自身的優(yōu)勢和特長，又都有局限性和不足?；?PID控制和重復(fù)控制的復(fù)合控制框圖如圖 55所示。這樣，在這一個(gè)周期中，雖然輸出波形質(zhì)量得不到很好保證但輸出電壓卻不至于產(chǎn)生突變。只要 PID控制器和重復(fù)控制器單獨(dú)起作用時(shí)系 統(tǒng)是穩(wěn)定的，那么復(fù)合控制作用 的結(jié)果系統(tǒng)仍然是 的。確定數(shù)字 PID控制器參數(shù)，可以通過理論分析的方法，也可以采用實(shí)驗(yàn)方法，一般采用試湊法。如果系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)念精度不 能滿足要求，可采用 Pl調(diào)節(jié)器。在實(shí)際調(diào)試過程當(dāng)中，先將比例環(huán)節(jié)小一點(diǎn)， 以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，然后逐漸加大。系。在程序當(dāng)中分配 N個(gè)存儲(chǔ)單元用來存放誤差值， N為一個(gè)周期的采樣次數(shù) 100次。 重復(fù)控制器的參數(shù) 重復(fù)控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)，參數(shù)的設(shè)定主要是 S(z)即補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)，它主要包括幅值的補(bǔ)償及相位的補(bǔ)償。使系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，先采用比例控制器，PK 由小到大 逐漸改變直到系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。 PID控制器參數(shù)的設(shè)計(jì) 數(shù)字 PID控制器的主要參數(shù)是 PK 、 iK 和 DK 。隨著跟蹤誤差減小， PID調(diào)節(jié)器的控制作用逐漸減弱，直至系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。一方面，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)的跟蹤誤差小， PID調(diào)節(jié)器輸出的控制作用很小，基本上不對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響．這時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行所需的控制作用大多由重復(fù)控制器提供，控制作用是 N個(gè)積分調(diào)節(jié)器對(duì)歷史誤差累加作 用的結(jié)果。重復(fù)控制具有對(duì)正弦給定信號(hào)近乎無靜差跟蹤的優(yōu)勢，輸出波形畸變率低，但由于對(duì)誤差的調(diào)節(jié)作用滯后 一個(gè)給定信號(hào)周期，達(dá)不到系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)速度的要求。最嚴(yán)重的情況是輸入直流電壓突然跌 落或上升，如圖，此后一個(gè)周期 Y基本保持不變，必然造成輸出交流電壓跟隨直流輸入電壓出現(xiàn)大范圍跌落或上升。 重復(fù)控制雖然可以保證輸出波形精確跟蹤給定，但它卻有一個(gè)致命的弱點(diǎn)。而高頻增益則盡快下降，同時(shí)系統(tǒng)在整個(gè)中低頻前向通道的總相移盡量小。該方法簡單有效，與低通濾波器相結(jié)合可以構(gòu)成魯棒性較好的控制器。顯然，補(bǔ)償器 S(z)的相頻特性最好是對(duì)象 PB（ z） 相頻特性的逆特性 ,對(duì)消控制對(duì)象 PB（ z） 所有的零、極點(diǎn) ,此時(shí) ,基于檢測到的誤差幅值、相 位，系統(tǒng)即可依據(jù) S(z)求出合適的控制量，在一個(gè)周期時(shí)問內(nèi)完全消除誤差。為了 迅速有效地把誤差抵消掉。設(shè)置了濾波器 O(z),它可以是一個(gè)低通濾波器 ,也可以簡單的取為一個(gè)略小于 1的常數(shù)，以減弱積分效果 ,能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖54中， f為輸入正弦波參考信號(hào)， e為誤差信號(hào)， Y為輸出信號(hào)， cr 為重復(fù)控制器疊加于輸入 r上的校正量， PB（ z） 是控制對(duì)象的傳遞函數(shù)。若系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則可以斷定穩(wěn)念時(shí)誤差為零，即反饋波形與指令波形重合，既沒有幅值偏差也沒有相位滯后。這個(gè)周期信號(hào)保持器如果引到反饋控制系統(tǒng)內(nèi) 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 部，并通過補(bǔ)償環(huán)節(jié)使系統(tǒng)穩(wěn)定，那么就有可能在一個(gè)周期內(nèi)跟蹤給定和消除擾動(dòng)。擾動(dòng)信號(hào)都具有一個(gè)共同特征：在每一個(gè)基波周期都以完全相同的波形 重復(fù)出現(xiàn)。積分控制就是內(nèi)模原理的一個(gè)典型應(yīng)用：眾所周知，含 有一階積分環(huán)節(jié)的控制 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)階躍型指令的無靜差跟蹤。 (2)系統(tǒng)的采樣量化誤差降低了算法的控制精度。 微分 D在 信號(hào)變化時(shí)有超前控制作用，代表了將來的信息，反映了誤差變化率，在過程開 始時(shí)強(qiáng)迫過程加速進(jìn)行，過程結(jié)束時(shí)減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過渡過程。 數(shù)字 PID控制技術(shù) PID控制算法是應(yīng)用最為廣泛、最為成熟的一種控制技術(shù)，已經(jīng)在模擬控制逆變電源系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用。該控制方法具有良好的穩(wěn)態(tài)輸出特性和非常好的魯捧性，但由于自身的缺陷，控制上有一個(gè)輸出周期的延遲，因而動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果非常差。對(duì)于線性負(fù)載來說，該控制方法既具有非常好的穩(wěn)態(tài)輸出特性，同時(shí)具有非?？斓膭?dòng)態(tài) 響應(yīng)特性。逆變電源的數(shù)字化控制是今后發(fā)展的趨勢，是逆變電源研究的一個(gè)熱點(diǎn)。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。為了防止高頻信號(hào)的干擾，采用了滯環(huán)比較器形式。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 。 （ 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 413所示。 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。電阻 R2實(shí)現(xiàn)此功能 。 LV28P需要177。 （ 一 ） 傳感器的選用 對(duì)于輸出的電壓、電流的檢測可以用檢測變壓器，但考慮到采樣頻率比較高，控制要求實(shí)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。在驅(qū)動(dòng)信號(hào)開路時(shí) ， 3R 將保 持低電平，如果 3R 太小，會(huì)使器件開通時(shí)間變大，降低了開關(guān)頻率。為了改善控制脈沖的前后沿陡度和防止振蕩，減少 MOSFET漏極大的電壓尖脈沖，需在柵極串聯(lián)電阻 2R ，當(dāng) 2R 增大時(shí)，會(huì)引起 MOSFET的通斷時(shí)間延長，能耗增加，減小 2R ，會(huì)使 di/dt增大 ,可能引起 MOSFET 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 的誤導(dǎo)通或損壞。圖 410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 ，開通、關(guān)斷的邊沿時(shí)闖也不過 200～ 300ns，有較快的反應(yīng)時(shí)間 和可靠性。 驅(qū)動(dòng) 、保護(hù)、測量 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。 由電源的額定輸出功率 2KW，輸出電壓為 115V，可得 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 ??? PUR L K HZff KC 410/ ?? 由 式 (42)(43)可得 L約為 H?113 ～ H?210 ， C約為 F?7 7～ F?12 。 由于 1f Cf ，故， w1L對(duì)基波信號(hào)阻力很??； 1/( 1? C)對(duì)基波信號(hào)分流很小，因此允許基波信號(hào)通過。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。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。 考慮到電流紋波以及反并聯(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)輸出濾波器的選擇及參數(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。電源額定輸出為：電壓 0U =ll5V，功率 0P =2KW，考慮到濾波器的損耗以及功率開關(guān)的開關(guān)損耗，設(shè)效率為 80％，則有：逆變器功率：NP =2/(KW)峰值電流值： PI = NP NRA PKK 2 /115= 2 /115≈55(A) 其中： AK 為過載因數(shù)，取 值 ， PK 為安全系 數(shù)，取值 。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。也是功率器件首選之一。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。在此我們分別對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的論述。 （ 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。 （ 5） 電路控制變成兩部分，一個(gè)是高頻的 SPWM調(diào)制控制，生成饅頭波；一個(gè)是低頻的倒向控制。在某些要求輸出電壓高于輸入電壓的場合，就無法實(shí)現(xiàn)。 （ 2） 從上面的電路結(jié)構(gòu)可以看出此逆變器拓?fù)?結(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了電路的成本。全橋逆變部分由 4個(gè) MOSFET 開關(guān)管組成，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。工作原理如圖 48所示。 (2)全橋變換電路，如圖 46所示。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)。 [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