【正文】 于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化，原材料消耗顯著降低、電源裝置小型化、系統(tǒng)的動態(tài)反應(yīng)加快，更可以深刻體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。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。SPWM正弦脈寬調(diào)制法是調(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，它是1964年由A．Schonung和H．Stemmler把通訊系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用到逆變器而產(chǎn)生的，后來由Bristol大學(xué)的S．R．Bower等于1975年對該技術(shù)正式進行了推廣應(yīng)用。(5)風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)動機因受風(fēng)力變化的影響，發(fā)出的交流電很不穩(wěn)定，并網(wǎng)或供給用電設(shè)備都不安全。(1)光伏發(fā)電能源危機和環(huán)境污染是目前全世界面臨的重大問題，開發(fā)利用新能源和可再生能源是21世紀世界經(jīng)濟發(fā)展中最具決定性影響的技術(shù)之一，充分開發(fā)利用太陽能是世界各國可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策，其中光伏發(fā)電最受矚目。文中分析了逆變器的數(shù)學(xué)模型及PID數(shù)字控制技術(shù)的原理，結(jié)合單相逆變電源的特點提出了控制方法。此控制器具有硬件電路簡單、體積小、重量輕等特點, 可滿足小功率應(yīng)用場合的需求。這門學(xué)科綜合了現(xiàn)代電力電子開關(guān)器件技術(shù)、現(xiàn)代功率變換技術(shù)、模擬和數(shù)字電子技術(shù)、PWM技術(shù)、開關(guān)電源技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)等多種實用設(shè)計技術(shù)，己被廣泛的用于工業(yè)和民用領(lǐng)域中的各種功率變換系統(tǒng)和裝置中。(3)交流電動機變頻調(diào)速采用逆變技術(shù)將普通交流電網(wǎng)電壓變化成電壓、頻率都可調(diào)的交流電，供給交流電動機，以便調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)形成PWM波原理的不同，大致可以分為以下幾種：矩形波PWM、正弦波PWM(SPWM)、空間相量PWM(SVM)、特定諧波消除PWM、電流滯環(huán)PWM等。在正弦波逆變電源數(shù)字化控制方法中，目前國內(nèi)外研究得比較多的主要有數(shù)字PID控制、無差拍控制、雙環(huán)反饋控制、重復(fù)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。近年來，現(xiàn)代逆變電源技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)出以下幾種趨勢：(1)高頻化。有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM)，它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中，使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，提高了系統(tǒng)的可靠性。為了使電源系統(tǒng)綠色化，電源應(yīng)加裝高效濾波器，還應(yīng)在電網(wǎng)輸入端采用功率因數(shù)校正技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)。正是由于其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計和超強的數(shù)據(jù)運算能力，使得DSP能用軟件實現(xiàn)以前需用硬件才能實現(xiàn)的功能，也同樣使數(shù)字信號處理中的一些理論和算法可以實時實現(xiàn)。目前的困難主要來自于：(1)逆變電源的輸出要跟蹤的是一個按正弦規(guī)律變化的給定信號。 逆變電源的控制策略PID控制PID控制以其結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好、參數(shù)易于整定等特點廣泛應(yīng)用于工程實踐中。隨著高性能處理器的出現(xiàn)和無差拍理論研究的深入，針對逆變電源的無差拍控制已經(jīng)廣泛開展起來。但由于延遲因子的存在，重復(fù)控制得到的控制指令并不是立即輸出，而是滯后一個參考周期后才輸出，這樣，如果系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)干擾，消除干擾對輸出的影響至少需要一個參考周期，干擾出現(xiàn)后的一個參考周期內(nèi)，系統(tǒng)對于干擾并不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)作用，這一個周期系統(tǒng)近似處于開環(huán)狀態(tài)，因此重復(fù)控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)較差，故重復(fù)控制一般和其他控制方式相結(jié)合，用來改善輸出電壓波形。由于建立逆變器狀態(tài)模型時很難將負載特性完全考慮在內(nèi)，所以狀態(tài)反饋控制只能針對空載或假定阻性負載進行，如果不采取相應(yīng)措施(增設(shè)負載電流前饋補償，預(yù)先進行魯棒分析等)，則負載的變化將導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)偏差的出現(xiàn)和動態(tài)特性的改變。但是滑模變結(jié)構(gòu)控制存在著控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)效果不佳、理想滑模切換面難于選取、控制效果受采樣率的影響等不足。理論上已經(jīng)證明：模糊控制可以任意精度逼近任何非線性函數(shù)，但受到當前技術(shù)水平的限制，模糊變量的分檔和模糊規(guī)則數(shù)都受到一定的限制，隸屬函數(shù)的確定還沒有統(tǒng)一的理論指導(dǎo)，帶有一定的人為因素，因此模糊控制的精度有待于進一步提高。由于三角波或鋸齒波的上下寬度是線性變化的波形，因此它與調(diào)制波相交時，就可以得到一組幅值相等，而寬度正比于調(diào)制波函數(shù)值的矩形脈沖序列用來等效調(diào)制波，用開關(guān)量取代模擬量，并通過對逆變器開關(guān)管的通斷控制，把直流電變換成交流電。當然還有其他分類方法，這里就不再逐一敘述。下面分析如何使用一系列等幅不等寬的脈沖來等效正弦波。脈寬調(diào)制技術(shù)可以極其有效地進行諧波抑制，在頻率、效率各方面有著明顯的優(yōu)點，使逆變電路的技術(shù)性能與可靠性得到了明顯的提高。這樣就可以分別計算出在各個時間間隔中所包含的面積如圖所示。這種在控制信號的半個周期內(nèi)三角波僅在一種極性內(nèi)變化，且所產(chǎn)生的SPWM波形也只在一種極性內(nèi)變化的控制方式，稱為單極性調(diào)制。三角波為載波，正弦波為調(diào)制波，當載波頻率比調(diào)制波頻率大得多時，可以近似認為在一個載波周期，調(diào)制波電壓不變。這樣便可得到輸出電壓可調(diào)的實時SPWM波形。該方法所要求的DSP必須具有ADC端口和PWM端口這兩個必須條件，另外ADC的位數(shù)盡量高，DSP的工作速度盡量快。Ud為直流母線電壓，L和C分別表示輸出濾波電感和濾波電容，R為濾波電路的等效串聯(lián)電阻，Ui為逆變橋輸出電壓，Uo為濾波電路輸出電壓。在理想情況下，假定直流母線電壓源的幅值恒定，功率開關(guān)為理想器件，且逆變器輸出的基波頻率、LC 濾波器的截止頻率與開關(guān)頻率比較起來足夠低，顯然這一點在逆變器中是自動滿足的，那么逆變橋可以被看作一個恒定增益的放大器，從而可以采用狀態(tài)空間平均法來得到逆變器的線性化模型。直流側(cè)輸入電壓為300V；額定輸出電壓為110V，輸出電壓頻率為50Hz，額定輸出功率10kVA，~1；交流輸出電壓穩(wěn)壓精度為177。低通濾波器截止頻率越低，輸出電壓諧波畸變越小，但考慮流過濾波器的無功分量電流增大，也會增大變流器的體積和成本，為了達到較好的性能，由功率模塊開關(guān)頻率為3000HZ，基波頻率為50HZ，適當選取濾波器諧振頻率選為550HZ。使用中當IGBT模塊集電極電流增大時，所產(chǎn)生的額定損耗亦變大。在過程開始時強迫過程加速進行，過程結(jié)束時減小超調(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。模擬式PID控制算法的表達式為： （）其中，u(t)為控制器的輸出信號，e(t)為誤差信號，Kp是比例系數(shù)，Ti是積分時間常數(shù)，Td是微分時間常數(shù)。如果系統(tǒng)沒有靜差，或者靜差已小到允許范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，那么只須用比例調(diào)節(jié)器，最優(yōu)比例系數(shù)可由此確定。當逆變器采用PID控制方式時，由于被控對象本身為相位滯后系統(tǒng)，逆變橋在系統(tǒng)中的作用也等效為一階保持器，具有一個開關(guān)周期的滯后效應(yīng)，再加上數(shù)控系統(tǒng)本身的計算延遲，使整個系統(tǒng)的滯后效應(yīng)非常明顯。這些集成的控制器能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，更好的滿足逆變電源的控制要求。例如，可以減少內(nèi)環(huán)對象的等效時間常數(shù)；提高系統(tǒng)的工作頻率；抑制進入內(nèi)環(huán)回路的擾動；適應(yīng)負荷的變化。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。(2)令片內(nèi)高達32K字的FLASH程序存儲器， 544字的雙口RAM和2K字的單口RAM。這里先簡要介紹一下2407A的事件管理器模塊與PWM波形產(chǎn)生有關(guān)的部分。 采樣與信號調(diào)理電路為了實現(xiàn)所設(shè)計的數(shù)字控制算法, 必須對輸出電壓進行采樣, 為了保護系統(tǒng),避免短路、過載等損壞器件, 必須采樣輸出電流。系統(tǒng)輸出電壓的采樣電路由四部分組成。在設(shè)計門極驅(qū)動電路時應(yīng)特別注意開通特性, 負載短路能力和誤觸發(fā)等問題。其具有以下特點：(1)可直接驅(qū)動高達600V電壓的高壓系統(tǒng)，輸出端具有dV/dt抑制功能；(2)最大正向峰值驅(qū)動電流為250mA，反向峰值驅(qū)動電流為500mA；(3)具有電流放大和過電流保護功能，同時關(guān)斷六路輸出；(4)自動產(chǎn)生成上、下側(cè)驅(qū)動所必需的死區(qū)時間（）；(5)具有欠壓鎖定功能并能及時關(guān)斷六路輸出； IR2130驅(qū)動電路圖 保護模塊設(shè)計 IGBT關(guān)斷或開通時, 因為回路分布電感和變壓器漏感的作用, 在開關(guān)管兩端會產(chǎn)生電壓尖峰, 若不采取措施, 有時這個電壓尖峰疊加原來的電源電壓會超過管子的安全工作區(qū)而使其遭到破壞。當電壓過壓、欠壓時，IR2130通過它自身的保護模塊不驅(qū)動IGBT開關(guān)管以實現(xiàn)對電路的保護作用。這種方法簡單方便，系統(tǒng)設(shè)計一般采用這種方法。JATG目標器件通過專用的仿真端口支持仿真。SCI模塊支持CPU與其它使用標準格式的異步外設(shè)之間的數(shù)字通信。因此，在數(shù)字控制電源中需要很好的解決抗干擾的問題，才能保證電源的高可靠性。該逆變電源的閉環(huán)控制系統(tǒng)是數(shù)字的，但是采樣電路是模擬的，容易受到干擾，導(dǎo)致對主電路的采樣出現(xiàn)誤差。(6)在主電路的功率開關(guān)管和二極管兩端加阻容吸收，一方面減少功率和二極管的應(yīng)力，另一方面減小開關(guān)過程中的dv/dt，di/dt，從而減少主電路對控制電路的干擾。DSP芯片本身有一個監(jiān)視定時器，它被啟動后，每個狀態(tài)周期加1，并且需要經(jīng)常有指令對它清零，若沒有對它清零，它計數(shù)滿后溢出將使系統(tǒng)復(fù)位，重新初始化。(3)建立了單相橋式逆變器的連續(xù)狀態(tài)空間模型，給出了相應(yīng)的頻域模型。由于時間和精力的限制，本文所涉及的內(nèi)容僅僅是逆變電源數(shù)字控制技術(shù)的一個局部。畢業(yè)論文是較為復(fù)雜煩瑣的工作，但是趙陽老師仍然細心地糾正其中的錯誤。參考文獻[1]陳堅. 電力電子學(xué)—電力電子變換和控制技術(shù)[M].北京：高等教育社,2002.[2]王兆安，（第5版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.[3]孫雪娟，王荊江，[N].中國電機工程學(xué)報，2003.[4]戴朝波，[N].中國電機工程學(xué)報，2002.[5]沈輝，[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.[6]舒杰，傅誠，陳德明，[J].電力電子技術(shù)，2008.[7]郭衛(wèi)農(nóng)，段善旭，康勇，[J].通信電源技術(shù)，2003.[8]蘇奎峰，呂強，耿慶鋒，[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.[9]吳海濤，孔娟，／Simulink的光伏電池建模與仿真[N].青島大學(xué)學(xué)報,2006.[10]陳興峰，曹志峰，許洪華，[J].可再生能源,2005.[11]，碩士學(xué)位論文[D].武漢，華中科技大學(xué),2004.[12]，碩士學(xué)位論文[D].南京，南京航空航天大學(xué),200705.[13]王飛，余世杰，蘇建徽，[N].電工技術(shù)學(xué)報,2005[14]，碩士學(xué)位論文[D].長沙，湖南大學(xué),200705.[15]，碩士學(xué)位論文[D].成都，西南交通大學(xué)，200705.[16]，碩士學(xué)位論文[D].武漢，湖北工業(yè)學(xué),200905.[17]，碩士學(xué)位論文[D].廣州，中山大學(xué)，200906.[18] 的逆變電源數(shù)字控制實驗系統(tǒng)研究，碩士學(xué)位論文[D].杭州，浙江大學(xué)，200702.[19]，碩士學(xué)位論文[D].武漢，武漢理工大學(xué)，200604.[20]，碩士學(xué)位論文[D].南昌，南昌航空大學(xué)，200805.[21]，碩士學(xué)位論文[D].武漢，武漢理工大學(xué)，200704.[22]，碩士學(xué)位論文[D].武漢，華中科技大,200905.[23]何俊. PWM逆變電源雙環(huán)控制技術(shù)研究，碩士學(xué)位論文[D].武漢，華中科技大學(xué)，200702.[24] 控制的寬頻率輸出逆變電源研究與實現(xiàn)，碩士學(xué)位論文[D].南京，南京航空航天大學(xué)，2004.[25]劉和平，嚴利馮，、原理及應(yīng)用[M].北京，北京航空航天大學(xué)出版社，2002.[26]王曉明， 控制TI公司DSP應(yīng)用[M].北京，北京航空航天大學(xué)出版社，2004[27]（第三版）[M].北京，機械工業(yè)出版社，2003.[28][D].北京：電子工業(yè)出版社，2003.[29]劉和平，、原理及應(yīng)用[D].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.[30]張雄偉,[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.附 錄Translated from: XiongFusheng, DC Switching Power Supply Protection Technology, Guangzhou:The World of Power Supply [P],.DC Switching Power Supply Protection TechnologyAbstract: The DC switching power supply protection system, protection system design principles and machine protection measures, an analysis of switching power supply in the range of pro。同時感謝我院、系領(lǐng)導(dǎo)對我們的教導(dǎo)和關(guān)注；感謝大學(xué)四年傳授我們專業(yè)知識的所有老師，謝謝你們嘔心瀝血的教導(dǎo)。另外對于硬件電路的設(shè)計也有很多不完善的地方，僅僅是對部分電路進行了較為詳細的研究，而對DSP芯片的其他接口電路僅是簡單提及。(4)利用matlab中的simulink軟件建立了逆變器的仿真模型，對逆變器系統(tǒng)進行仿。運用“看門狗”原理，只需在軟件設(shè)計中定時清除監(jiān)視定時器內(nèi)容即可。解決的辦法是對每個元件采用去耦電容供電，在公共電源端并聯(lián)大容量電解電容，～，以進一步減少電源的交聯(lián)公共阻抗，同時也可抵消因電解電容的卷工藝而產(chǎn)生的電感效應(yīng)，在門電路的電源端與地線端配置去耦電容，一方面提供和吸收該集成電路工作瞬間的充放電能量，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。在電路的設(shè)計過程中為了盡量減小干擾對該逆變電源的影響，我們進行分析后，采取了如下措施：(1)整個控制器的印刷電路板鋪上屏蔽地，以減少共模干擾。模擬電路中的信號為一定值的電壓或電流量，電路由于傳導(dǎo)或輻射干擾模擬信號總會疊加一些噪聲信號，引起信號發(fā)生畸變。兩者都可以獨立工作，或者在全雙工的方式下同時工作。在仿真器和JTAG目標系統(tǒng)中提供高質(zhì)量的信號是極其重要的，用戶必須提供正確的信號緩沖，測試時鐘輸入以及多處理器的內(nèi)部連接，以保證仿真器和目標系統(tǒng)良好的工作。在設(shè)計復(fù)位電路時，一般應(yīng)從兩種復(fù)位的需要去考慮，一個