【正文】 上一個(gè)基波周期中的控制偏差，把上一個(gè)基波周期的偏差反映到現(xiàn)在和“現(xiàn)在的偏差”一起加到控制對(duì)象進(jìn)行控制，這種控制方式，偏差好像在被重復(fù)使用，所以稱為重復(fù)控制。但重復(fù)控制的控制實(shí)時(shí)性差，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢。(4)滑模變結(jié)構(gòu)控制滑模變結(jié)構(gòu)控制理論起于20世紀(jì)50年代，它最顯著的特點(diǎn)是對(duì)參數(shù)變動(dòng)和外部擾動(dòng)不敏感，因此非常適用于閉環(huán)反饋控制的電能變換器。20世紀(jì)90年代中后期。滑模變結(jié)構(gòu)控制實(shí)質(zhì)上是一種非連續(xù)的開關(guān)控制方法，它強(qiáng)迫系統(tǒng)的跟蹤誤差及其導(dǎo)數(shù)運(yùn)行于相平面的一條固定的滑模曲線上，與系統(tǒng)參數(shù)變動(dòng)及外部擾動(dòng)無(wú)關(guān)，因此系統(tǒng)有極強(qiáng)的魯棒性。(5)單一的電壓瞬時(shí)值反饋控制這種控制方法的基本思想是把輸出電壓的瞬時(shí)反饋值與給定正弦波進(jìn)行比較，用瞬時(shí)偏差作為控制量，對(duì)逆變橋輸出PWM波進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。這種方法的缺點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好，特別是空載時(shí)，輸出電壓容易振蕩。(6)帶電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時(shí)值反饋控制帶電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時(shí)值反饋控制方法是在單一的電壓瞬時(shí)值反饋控制方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。電壓環(huán)是外環(huán)，電流環(huán)是內(nèi)環(huán)。由于穩(wěn)定性的提高使得電壓調(diào)節(jié)器增益可以取比較大的值，所以突加突卸負(fù)載時(shí)輸出電壓的動(dòng)態(tài)特性大大提高，抗擾性大大提高，對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性也大大提高。此外，為了進(jìn)一步減小裝置的體積和重量，必須去掉笨重的工頻隔離變壓器，采用高頻隔離。高頻化僅限于小容量逆變電源。(2)高性能化高性能主要指輸出電壓特性的高性能，它主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①穩(wěn)壓性能好，空載及負(fù)載時(shí)輸出電壓有效值要穩(wěn)定；②波形質(zhì)量高，不但要求空載時(shí)的波形好，帶載時(shí)波形也要好，對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性要強(qiáng)；③突加突減負(fù)載時(shí)輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)特性好；④電壓調(diào)制量??；⑤輸出電壓的頻率穩(wěn)定性好；⑥對(duì)于三相電源，帶不平衡負(fù)載時(shí)相電壓失衡小。(3)并聯(lián)及模塊化當(dāng)今逆變電源的發(fā)展趨向是大功率化和高可靠性。為了提高系統(tǒng)的可靠性，就必須實(shí)現(xiàn)模塊化。模塊化需要解決逆變電源之間的并聯(lián)問題，逆變電源的并聯(lián)要比直流電源的并聯(lián)復(fù)雜，它面臨著負(fù)荷分配、環(huán)流補(bǔ)償、通斷控制等多方面的問題。當(dāng)單臺(tái)電源出現(xiàn)故障時(shí)，可以很方便地通過熱插拔方式進(jìn)行更換和維修。要使逆變電源小型化，可以采用的方法有三種：1)提高開關(guān)頻率，使濾波器小型化；2)采用新的PWM控制方式，優(yōu)化逆變橋輸出PWM波的頻譜，使濾波器小型化；3)用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)電壓的隔離及匹配，替代輸入或輸出的低頻變壓器，實(shí)現(xiàn)變壓器的小型化。提高整流側(cè)的輸入功率因數(shù)不僅可大大提高逆變電源對(duì)輸入電能的利用率，而且可以克服逆變電源對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染的缺點(diǎn)。(7)智能化一個(gè)智能化的逆變電源除了能夠完成普通逆變電源的所有功能外，還應(yīng)具有以下功能：1)對(duì)運(yùn)行中的逆變電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隨時(shí)將采樣點(diǎn)的狀態(tài)信息送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，一方面獲取電源工作時(shí)的有關(guān)參數(shù)，另一方面監(jiān)視電路中各部分的狀態(tài)，從中分析電路的各部分工作是否正常；2)在逆變電源發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果，進(jìn)行故障診斷，指出故障的部位，給出處理方法；3)自動(dòng)顯示所監(jiān)測(cè)的參數(shù)，有異?；虬l(fā)生故障時(shí)，可以自動(dòng)記錄有關(guān)異?；蚬收系男畔?；4)按照技術(shù)說明書給出的指標(biāo)，自動(dòng)定期地進(jìn)行自檢，并形成自檢記錄文件；5)能夠用程序控制逆變電源的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的自動(dòng)操作；6)具有信息交換功能，可以隨時(shí)向上位機(jī)輸入信息，或從上位機(jī)獲取信息。通常設(shè)備工作空間狹小，環(huán)境惡劣，干擾大。逆變電源質(zhì)量的好壞極大地影響著電子設(shè)備的可靠性，其轉(zhuǎn)換效率的高低和帶負(fù)載能力的強(qiáng)弱直接關(guān)系著它的應(yīng)用范圍，因而本設(shè)計(jì)要求輸出電壓波形為準(zhǔn)正弦波，以克服方波逆變器不能帶感性負(fù)載的特點(diǎn)。電路框圖如圖21：直流電壓脈寬調(diào)制芯片半橋逆變電路交流電壓工頻變壓器圖21 基于工頻變壓器的逆變電路框圖方案二：簡(jiǎn)單推挽逆變電路 本方案設(shè)計(jì)的逆變器可以作為交流輔助電源。它是通過在振蕩級(jí)產(chǎn)生所需要的50Hz的交流信號(hào)，再經(jīng)過推動(dòng)級(jí)的放大，然后把放大后的電壓信號(hào)送入推挽輸出級(jí)經(jīng)過放大、變壓器的升壓，從而得到所需要的220V/50Hz的交流電壓。 方案論證方案1通過脈寬調(diào)制芯片把直流低壓信號(hào)調(diào)制成脈寬調(diào)制信號(hào)，形成脈寬調(diào)制波PWM，并用其來驅(qū)動(dòng)半橋逆變變換電路中的功率場(chǎng)效應(yīng)管，控制電路中開關(guān)管的通斷，變成交流低壓信號(hào)，再把交流低壓信號(hào)經(jīng)過工頻變壓器的升壓變成220V的交流電壓。方案3電路采用了比較典型的兩級(jí)變換的方式，在第一級(jí)直流/直流變換電路中利用了集成脈寬調(diào)制電路芯片調(diào)制出PWM波，通過PWM波信號(hào)來驅(qū)動(dòng)MOS管的通斷，把直流信號(hào)變換成交流低壓信號(hào)，再通過高頻變壓器把交流低壓方波信號(hào)升壓成交流高壓方波信號(hào)，然后通過整流濾波電路，把交流高壓信號(hào)變成350V的直流高壓；在第二級(jí)中，用另一片脈寬調(diào)制芯片與一片正弦函數(shù)芯片做適當(dāng)?shù)倪B接產(chǎn)生SPWM波，用來對(duì)直流/交流變換電路中的全橋逆變電路進(jìn)行脈寬調(diào)制，從而把350V直流高壓逆變成220V的交流電壓，然后通過濾波電路，濾出我們所需要的50Hz的交流信號(hào)，就得220V/50Hz的交流電壓；而且在本次整個(gè)逆變電路中采用了變壓器隔離的方法來保證主、控電路不受彼此的相互影響。方案1的基于工頻變壓器的逆變電路過于簡(jiǎn)單，而且經(jīng)過升壓變壓器后的交流輸出電壓沒有濾波網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法對(duì)我們所需要的50Hz的頻率進(jìn)行濾取，電路體積較大等，不能符合我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。本次逆變電源的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：1) 直流/直流變換電路的設(shè)計(jì)；2) 直流/交流變換電路的設(shè)計(jì)；3) 直流/直流變換控制保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；4) 直流/交流變換控制保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；3 整體電路設(shè)計(jì) 逆變電源整體框圖該設(shè)計(jì)電路的整體方框圖如圖31。逆變電路Ⅰ又包括頻率產(chǎn)生電路、直流變換電路(DC/DC)將12V直流轉(zhuǎn)換成320V直流、交流變換電路(DC/AC)將320V直流變換為220V交流。一旦輸入電壓出現(xiàn)過大或者過小時(shí)，保護(hù)電路立即啟動(dòng)，然后停止逆變電路I的工作。輸出過壓保護(hù)電路和輸出過流保護(hù)電路與逆變電路II構(gòu)成反饋回路，一旦電路輸出異常則停止逆變電路II的工作。此電路的主要功能是將12V直流電轉(zhuǎn)換為320V/50KHz的交流電。此高頻交流電通過開關(guān)變壓器升壓為320V/50K的高頻交流電。此電路的主要功能是將320V直流電轉(zhuǎn)換為220V/50Hz的交流電。該高壓加在由四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)成的全橋電路兩端，場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止由柵極的狀態(tài)控制。根據(jù)芯片SG3525A的使用原理，先由集成函數(shù)發(fā)生芯片ICL8038產(chǎn)生50HZ的正弦波信號(hào)，該正弦波分兩路輸出。鋸齒波的頻率由芯片外接的震蕩電阻和震蕩電容決定，通常設(shè)置為幾十千赫茲。 脈寬調(diào)制技術(shù)及其原理 PWM控制的基本原理在采樣控制理論中有這樣一個(gè)重要的結(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，其效果相同。這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如圖31 a、b、c所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同，其中31 a為矩形脈沖，圖31 b為三角形脈沖，31 c為正弦半波脈沖，但他們的面積都等于1，那么，當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。圖31 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖圖32 a的電路是一個(gè)具體的例子。該輸入加在可以看成慣性環(huán)節(jié)的RL電路上，設(shè)其電流i(t)為電路的輸出。從波形可以看出，在i(t)的上升段，脈沖形狀不同時(shí)i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。如果周期性地施加上上述脈沖，則響應(yīng)i(t)也是周期性的。上述原理可以稱為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。圖32 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形PWM波形：如圖33 a的正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N個(gè)劈刺相連的脈沖序列所組成的波形。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積相等，就得到圖33 b所示的脈沖序列?？梢钥闯觯髅}沖的幅值相等，而寬度是按正弦規(guī)律變化的。同樣對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。PWM波形可以分為等幅PWM波和不等幅PWM波兩種。計(jì)算法：根據(jù)PWM控制的基本原理，如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)，PWM波形中各脈沖的寬度間隔就可以準(zhǔn)確的計(jì)算出來。這種方法稱之為計(jì)算法。通常采用等腰三角波和鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應(yīng)用最多。在實(shí)際中應(yīng)用的主要是調(diào)制法，下面結(jié)合一些具體的電路對(duì)這種方法作進(jìn)一步說明。設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí)V1和V2的通斷狀態(tài)互補(bǔ)，V3和V4的通斷狀態(tài)也互補(bǔ)。由于負(fù)載電流比電壓滯后，因此在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)。在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為V1和V4導(dǎo)通時(shí)，因?yàn)樨?fù)，故實(shí)際上從VD1和VD4流過，仍有=；V4關(guān)斷，從V3和VD1續(xù)流，=0。同樣，在的負(fù)半周，讓V2保持通態(tài)，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V3和V4交替通斷，負(fù)載電壓可以得到和零兩種電平。調(diào)制信號(hào)為正弦波，載波在的正半周為正極性的三角波，在的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。在的正半周，V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，=；當(dāng)時(shí)使V4關(guān)斷，V3導(dǎo)通，=0。這樣，就得到了SPWM波形。像這種在的半個(gè)周期內(nèi)三角波載波只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的PWM波形也只在單個(gè)極性范圍變化的控制方法方式稱為單極性PWM控制方法。圖34的單相橋式逆變電路在采用雙極性控制方式時(shí)的波形如圖36所示。在的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM波只有正負(fù)兩種電平，而不象單極性控制時(shí)還有零電平。在的正負(fù)半周，對(duì)各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。當(dāng)時(shí)，給V2和V3以導(dǎo)通信號(hào)，給V1和V4以關(guān)斷信號(hào)，這時(shí)0，則V2和V3通，如0，則CD2和VD3通，不管哪種情況都是= 。 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法 軟件生成法 由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成SPWM波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生。 自然采樣法是以正弦波為調(diào)制波，等腰三角波為載波進(jìn)行比較，在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，這就是自然采樣法。 規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，一般采用三角波作為載波。當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn)(或底點(diǎn))位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期(即采樣周期)內(nèi)的位置是對(duì)稱的，這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣。 規(guī)則采樣法是對(duì)自然采樣法的改進(jìn)，其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡(jiǎn)單，便于在線實(shí)時(shí)運(yùn)算，其中非對(duì)稱規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦。除上述兩種方法外，還有一種方法叫做等面積法。由于此方法是以SPWM控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在計(jì)算繁瑣，數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大，不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn)。通常采用等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。而且隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)生了多種可以產(chǎn)生SPWM波的芯片，如TL49SG3525A等，這些集成芯片的出現(xiàn)使得電路的設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，而且功能更加齊全。圖35 單極性SPWM波波形示意圖4 逆變電源元器件特性及各部分電路設(shè)計(jì) 逆變電源主要分立元件及其應(yīng)用 場(chǎng)效應(yīng)管圖41 MOSFET代表符號(hào)圖場(chǎng)效應(yīng)管是一種適應(yīng)開關(guān)電源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件。其代表符號(hào)如圖41。MOSFET開關(guān)較快而無(wú)存儲(chǔ)時(shí)間，故在較高工作頻率下開關(guān)損耗較小，另外所需的開關(guān)驅(qū)動(dòng)功率小，降低了電路的復(fù)雜性。只有在正的漏極電源的作用下，在柵源之間加上正向電壓（柵極接正，源極接負(fù)），才能使該場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通[10]。 穩(wěn)壓管圖42 穩(wěn)壓管代表符號(hào)穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，是一種用特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管，其代表符號(hào)如圖42所示。當(dāng)反向電壓加到某一定值是，反向電流激增，產(chǎn)生反向擊穿。利用這一性質(zhì)，在電路里常用于構(gòu)成穩(wěn)壓電路。齊納管一般有兩種用法（以下Iz為工作電流，Uz為標(biāo)稱穩(wěn)壓電壓，Uw為實(shí)際工作電壓）：正常工作時(shí)處于“導(dǎo)通”狀態(tài)，Iz≥，此時(shí)齊納管起穩(wěn)壓作用，Uw≈Uz。正常工作時(shí)處于“截止”狀態(tài)，即UwUz，Iz為1μA量級(jí)，當(dāng)Uw“企圖”超過Uz時(shí)，齊納管就會(huì)導(dǎo)通，Iz急劇增長(zhǎng)，并反過來阻止Uw的繼續(xù)升高，從而起到限幅或保護(hù)作用。在本電路中，其電源可以由TL494芯片的基準(zhǔn)電壓輸出端提供。圖44 與門代表符號(hào)表41 74LS08功能表輸入輸出ABY=ABLLLLHLHLLHHH 變壓器圖45 變壓器代表符號(hào)開關(guān)電源變壓器是加入了開關(guān)管的電源變壓器，在電路中，除了普通變壓器的電壓變換功能，開關(guān)電源變壓器還兼具絕緣隔離與功率傳送功能。開關(guān)電源變壓器和開關(guān)管一起構(gòu)成一個(gè)自激(或他激)式的間歇震蕩器,從而把輸入直流電壓調(diào)制成一個(gè)高頻脈沖電壓. , 當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),變壓器把電能轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能儲(chǔ)存起來,當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)則釋放出來.