【文章內(nèi)容簡介】 ，SG3525 等。 IGBT其中逆變電路的重要器件絕緣柵雙極型晶體管――IGBT的基本特性：靜態(tài)特性與PMOSFET類似；UGE=0時(shí)IC=0，IGBT處于阻斷狀態(tài)（斷態(tài)）；UGE足夠大（一般為5~15V），IGBT進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)（通態(tài)），當(dāng)UCE大于一定值（一般2V左右）時(shí)IC0。 優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度高通流能力強(qiáng)、耐壓等級(jí)高 本論文會(huì)涉及PWM控制技術(shù)，但不會(huì)太深入，控制系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C51為核心，可以實(shí)現(xiàn)反饋信號(hào)的處理和A/D轉(zhuǎn)換、DC/DC變換器和PWM逆變器控制脈沖的產(chǎn)生、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和控制、故障保護(hù)和存儲(chǔ)、485通訊等功能。 實(shí)際電路中的中間電壓VDC、網(wǎng)壓、并網(wǎng)電流和太陽能電池的電壓電流信號(hào)采樣后送至控制板上。圖21 并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖圖中太陽能電池Us，電池內(nèi)阻Rs，逆變器電路采用了電壓型單相全橋逆變電路，濾波器采用電感與電容混聯(lián)的方式構(gòu)成，工頻變壓器T。系統(tǒng)的控制部分由以STC89C51為核心的控制單元完成，另外系統(tǒng)設(shè)計(jì)了輔助電源為控制電路提供電源，輔助電源采用HV9120芯片。用直流穩(wěn)壓電源Us和電阻Rs模擬光伏電池，而逆變器部分我們將使用電壓型單相全橋逆變電路。我們先來分析一下下面的電路如下圖31電壓型的逆變電路有以下要特點(diǎn)：，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)，交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。，直流側(cè)電容器緩沖武功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各手臂都并聯(lián)上反饋二極管。全橋逆變電路是單相逆變電路中應(yīng)用最多的。兩個(gè)半橋電路的組合。1和4一對(duì)，2和3另一對(duì)，成對(duì)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，交替各導(dǎo)通180176。uo波形同圖56b。半橋電路的uo，幅值高出一倍Um=Ud。io波形和圖56b中的io相同，幅值增加一倍，單相逆變電路中應(yīng)用最多的。 uo正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷，負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段為正，一段為負(fù)，負(fù)載電流為正區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，uo等于Ud，V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，uo=0，負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，io為負(fù)，實(shí)際上從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud，V4斷，V3通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0，uo總可得到Ud和零兩種電平。圖31電壓型單相全橋逆變電路 基波幅值 Uo1m=4Ud/= 311 基波有效值 Uo1== 312uo為正負(fù)各180186。時(shí)，要改變輸出電壓有效值只能改變Ud來實(shí)現(xiàn)。單相半橋和全橋PWM整流電路，半橋電路直流側(cè)電容必須由兩個(gè)電容串聯(lián)，其中點(diǎn)和交流電源連接。全橋電路直流側(cè)電容只要一個(gè)就可以。交流側(cè)電感Ls包括外接電抗器的電感和交流電源內(nèi)部電感，是電路正常工作所必須的。移相調(diào)壓方式?？刹捎靡葡喾绞秸{(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，稱為移相調(diào)壓。各柵極信號(hào)為180186。正偏，180186。反偏，且V1和V2互補(bǔ)，V3和V4互補(bǔ)關(guān)系不變。V3的基極信號(hào)只比V1落后q ( 0q 180186。)，VV4的柵極信號(hào)分別比VV1的前移180186。q，uo成為正負(fù)各為q 的脈沖，改變q 即可調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。我們還來討論在純電阻負(fù)載的情況，采用上述移相方法也可以得到相同的結(jié)果，只是VD1VD4不再導(dǎo)通不起續(xù)流作用。在為零的期間，4各峭壁均不導(dǎo)通，負(fù)載也沒有電流。顯然，上述移相調(diào)壓方式并不適用也半橋電流，不過在純電阻負(fù)載時(shí)，仍可以采用改變正負(fù)脈沖寬度的方法來調(diào)節(jié)半橋逆變電路的輸出電壓。這時(shí)，上下兩橋臂的柵極信號(hào)不再是各為108度正偏、180度反偏并且互補(bǔ)，而是正偏的寬度為x,反偏的寬度為306度x，二者相位差為180度。這時(shí)輸出電壓也是正負(fù)脈沖的寬度各位x。正弦信號(hào)波和三角波相比較的方法對(duì)V1～V4進(jìn)行SPWM控制，就可在交流輸入端AB產(chǎn)生SPWM波uAB。uAB中含有和信號(hào)波同頻率且幅值成比例的基波、和載波有關(guān)的高頻諧波，不含低次諧波。由于Ls的濾波作用，諧波電壓只使is產(chǎn)生很小的脈動(dòng)。當(dāng)信號(hào)波頻率和電源頻率相同時(shí)，is也為與電源頻率相同的正弦波。us一定時(shí)，is幅值和相位僅由uAB中基波uABf的幅值及其與us的相位差決定。改變uABf的幅值和相位，可使is和us同相或反相，is比us超前90176。，或is與us相位差為所需角度。圖32單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式在濾波器的參數(shù)選擇過程中，要注意在電容與電感的選擇上是需要折衷考慮的，電容越大，流入電容的無功電流就越大，則電感上的電流和開關(guān)管的電流也就越大，從而降低系統(tǒng)的效率。電容越小，則電感需要增大，使得電感上的壓降增大。.在電感一定的情況下，不同的電容參數(shù)值并不改變其低頻特性，只是隨著電容C的增大其諧振頻率向減小方向移動(dòng)。 C=*（一定量的無功功率的電容公式）　　　　　　　　　　321LCU oUo1圖33 簡單的濾波電路并網(wǎng)運(yùn)行模式的濾波結(jié)構(gòu)都是一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)，這將會(huì)影響其相應(yīng)的系統(tǒng)閉環(huán)控制設(shè)計(jì)，故在作閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須在其濾波結(jié)構(gòu)中加入抑止環(huán)節(jié)來減小其諧振尖峰的影響。而濾波器的詳細(xì)作用我們將在PWM控制電路進(jìn)一步探討。在使用蓄電池儲(chǔ)能的太陽能PVS中，蓄電池組的公稱電壓一般是12V，24V 或48V，因此，逆變電路一般都需進(jìn)行升壓來滿足220V 常用交流負(fù)載的用電需求。首先把直流電逆變成工頻低壓交流電；再通過工頻變壓器升壓成220V，50Hz 的交流電供負(fù)載使用。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，各種保護(hù)功能均可在較低電壓下實(shí)現(xiàn)。因其逆變電源與負(fù)載之間存有工頻變壓器，故逆變器運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、過負(fù)荷能力和抗沖擊能力強(qiáng)，且能夠抑制波形中的高次諧波成分。然而，工頻變壓器也存在笨重和價(jià)格高的問題，而且其效率也比較低。按目前水平制作的小型工頻逆變器，其額定負(fù)荷效率一般不超過90%，同時(shí)因工頻變壓器在滿負(fù)荷和輕負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)鐵損基本不變，因而使其在輕負(fù)荷下運(yùn)行的空載損耗較大，效率也較低。我們往后對(duì)其將不作深入的討論和研究。脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶 體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深刻。目前中小功率的逆變電路幾乎都采用了PWM技術(shù)，現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變電路?？梢哉fPWM控制技術(shù)正是有賴于再逆變電路中的應(yīng)用，才發(fā)展的比較成熟，才確定他在電力電子技術(shù)中的重要地位。正因?yàn)槿绱?，本論文用較大的章節(jié)來探討PWM型逆變電路。4．PWM型逆變電路PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)用的幾乎都是電壓型。 PWM控制算法PWM的控制算法主要有計(jì)算法和調(diào)制法，實(shí)際中應(yīng)用的主要是調(diào)制法，我要主要介紹一下調(diào)制法。計(jì)算法根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形。缺點(diǎn)：繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化調(diào)制法輸出波形作調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)制得到期望的PWM波；通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波；等腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱；與任一平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交，在交點(diǎn)控制器件通斷，就得寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，符合PWM的要求。調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，得到的就是SPWM波；調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的PWM波。結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)行說明：設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí)V1和V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)。控制規(guī)律：uo正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷，負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段為正，一段為負(fù)，負(fù)載電流為正區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，uo等于Ud，V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，uo=0，負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，io為負(fù)，實(shí)際上從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud，V4斷，V3通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0，uo總可得到Ud和零兩種電平。uo負(fù)半周，讓V2保持通，V1保持?jǐn)?，V3和V4交替通斷，uo可得Ud和零兩種電平。圖41單相橋式PWM逆變電路 PWM控制方式1．單極性PWM控制方式在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。ur正半周，V1保持通，V2保持?jǐn)啵?dāng)uruc時(shí)使V4通，V3斷，uo=Ud，當(dāng)uruc時(shí)使V4斷，V3通，uo=0。ur負(fù)半周，V1保持?jǐn)?，V2保持通，當(dāng)uruc時(shí)使V3通，V4斷，uo=Ud，當(dāng)uruc時(shí)使V3斷，V4通，uo=0，虛線uof表示uo的基波分量。2．雙極性PWM控制方式在ur半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得PWM波也有正有負(fù)。在ur一周期內(nèi)，輸出PWM波只有177。Ud兩種電平，仍在調(diào)制信號(hào)ur和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)控制器件通斷。ur正負(fù)半周，對(duì)各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，當(dāng)ur uc時(shí)，給V1和V4導(dǎo)通信號(hào)，給V2和V3關(guān)斷信號(hào)，如io0，V1和V4通，如io0，VD1和VD4通， uo=Ud，當(dāng)uruc時(shí)，給V2和V3導(dǎo)通信號(hào)，給V1和V4關(guān)斷信號(hào)，如io0，V2和V3通，如io0，VD2和VD3通，uo=Ud。單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制。圖42單極性PWM控制方式波形圖43雙極性PWM控制方式波形 PWM調(diào)制方法采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控