【正文】 因數(shù)接近 1，但輸入電流中諧波分量很大，所以功率因數(shù)也很低。通過對 PWM 整流電路合適的控制，可以使輸入電流非常接近正弦波，且和輸入電壓通相位，功率因數(shù)近似為 1。另一路通過雙向 PWM變流器整流，在通過雙向 DC/DC 電路降壓電路為蓄電池充電。采用 PWM 整流技術(shù)，可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可以達(dá)到 1，并且也減少了對市電的諧波污染 [7]。在圖 中，處于通態(tài)的三個器件為 VD VD5 和 VD6，電網(wǎng)通過中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 17 二極管 VD VD5 和 VD6 向直流側(cè)輸送能量，此時， uab=Ud， ubc=.Ud， uca=0。橋中處于通態(tài)的三個器件是兩個二極管 VD2 和 VD3 與一個可控器件 V1，電網(wǎng)通過 VD2 和 VD3 向直流側(cè)輸送能量。 （ 3）橋中有一個二極管和兩個可控器件處于通態(tài)，這種模式也稱為 1D2V 模式。 圖 三相電壓型 PWM 整流器電路 整流器直流電壓對電源電流控制的影響 在 PWM 整 流器中，直流輸出電壓 Udc不僅要滿足負(fù)載對電壓的要求，而且要能控制流過連接電感 L 中電流為需要的波形。從電源控制方面考慮，Udc過低，不能完成控制 L中電流的任務(wù)； Udc過高，會提高器件的耐壓定額，增加系統(tǒng)成本，同時也降低系統(tǒng)可靠性 [8]。在保證單位功率因數(shù)的情 況下，無論是直接電流控制還是間接電流控制，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，都必須滿足圖 所中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 18 示的矢量圖。實際情況下，整流器輸入端不存在中點，只需考慮整流器輸入端的線電壓即可。由整流器的工作原理可知，無論是間接電路控制，還是直接電流控制，uAB、 uBC、 uCA是幅值為 Udc的 PWM 波。當(dāng)線電壓波形出現(xiàn)畸變時，電源電流也開始畸變，并且產(chǎn)生相移，Ua U’fA ωLIa RIa UfA Ia I’a ωLI’a RI’a 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 19 從電網(wǎng)吸收無功功率 [9]。在 SPWM 控制方式下；整流器輸入端的線電壓基波為： uf(AB)= sin(ω t+π /6) () 式中 α — 調(diào)制比，在 0～ 1區(qū)間內(nèi)取值。因此，在 SPWM 控制方式下，必須滿足 ≥ 。 雙向 PWM電路設(shè)計 開關(guān)管設(shè)計原則同雙向 DC/DC 電路。常用的方法有 RCD 吸收電路、 RC 吸收電路、 C吸收電 路 [11]。容量可選 47nF，耐壓 1200V。其容量可選 1000uf，耐壓等級為 1200V 的電解電容 2只。其中電流調(diào)整速度，以及電流諧波幅值都是對 di/dt 所提 出的相互矛盾的要求，電流快速調(diào)整要求 di/dt 取值較大，而對電流諧波幅值的限制要求 di /dt 較小，因此電感參數(shù)的設(shè)計需要綜合考慮系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點與 di /dt 指標(biāo)的要求。因此，對滿足上式的 L 值，還需綜合考慮對應(yīng)的最小直流電壓。 如前所述，快速電流調(diào)整要求 di /dt 較大，對應(yīng)于 L 較小，而從抑制開關(guān)動作產(chǎn) 生的高頻電流諧波的角度，要求開關(guān)周期內(nèi) di /dt 較小，即 L 要較大。 首先考慮電流調(diào)整速度對電感取值的要求。 L 確定的（ di/dt）必須在任意時刻都能滿足對基波電流的追蹤，同時在模式切換時滿足調(diào)整時間 tm的設(shè)定。 直流電 壓調(diào)節(jié)速度，考慮在實際直流電壓低于或高于參考電壓時，直流電壓的快速調(diào)節(jié)性。 本章小結(jié) 主電路設(shè)計是應(yīng)急電源的筋骨，器結(jié)構(gòu)、布局、器件參數(shù)等對應(yīng)急電源的正常、安全可靠的運行有著至關(guān)重要的關(guān)系。 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 21 第 4章 應(yīng)急電源控制 系統(tǒng)原理與設(shè)計 雙向 DC/DC 電路的控制波形的產(chǎn)生 雙向 DC/DC 電路的中 IGBT 的 驅(qū)動脈沖采用 PWM 調(diào)制方式實現(xiàn)。在升壓斬波和降壓斬波時，需要控制輸出電壓或電流，通過輸出電壓或電流的反饋值與設(shè)定值進行比較，來改變 PWM 波的占空比，進而起到穩(wěn)定輸出電壓或電流的目的，整個算法通過軟件實現(xiàn) [14]。單片機輸出的 PWM 波不能直接驅(qū)動功率管，需要外接驅(qū)動芯片（ EXB840） 。 相關(guān)寄存器及其描述如表～ 。 SA4828 是中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 23 MITEL 公司推出的一種專門用于產(chǎn)生三相 SPWM 信號的集成芯片。載波頻率最高可達(dá) 24KHz；輸出調(diào)制波頻率范圍為 0～ 4KHz； 16 為調(diào)速分辨率， 8為調(diào)壓分 辨率；內(nèi)部 ROM 固化 3 種可選波形；可設(shè)定死區(qū)時間和刪除最小脈寬；可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。 SA4828 的 引腳大體 可以分為三類信號： （ 1）與單片機的接口信號： AD0～ AD WR、 RD (2)輸入信號： CS、 CLK、 RESET、 SETTRIP 分別為片選、時鐘、復(fù)位信號 ,SETTRIP 可快速關(guān)斷全部 SPWM 信號。 SA4828的工作原理 SA4828 的工作原理主要包括 3 個部分 （ l）接收并存儲微處理器的初始化命令和控制命令。在系統(tǒng)工作之前，先進行初始化，即從微處理器向初始化寄存器和控制寄存器輸人控制字，進行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置； （ 2）從內(nèi)部 ROM 讀取并產(chǎn)生 PWM 調(diào)制波形。由脈沖取消和脈沖延時電路構(gòu)成，脈沖取消電路用來將脈沖寬度小干取消時間的脈沖去掉，脈沖延時電路用來保證死區(qū)間隔，防 止在轉(zhuǎn)換瞬間橋路開關(guān)器件出現(xiàn)共同導(dǎo)通現(xiàn)象。 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 24 圖 SA4828 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 SA4828 內(nèi)部 SPWM 產(chǎn)生原理 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 25 SA4828參數(shù)計算 表 初始化寄存器控制字功能 寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 功能 R0 FRS2 FRS1 FRS0 CFS2 CFS1 CFS0 輸出頻率和載波選擇 R1 PDT6 PDT5 PDT4 PDT3 PDT2 PDT1 PDT0 選擇脈沖取消時間 R2 PDY5 PDY4 PDY3 PDY2 PDY1 PDY0 死區(qū)時間選擇 R3 AC 0 0 WS1 WS0 選擇幅升和輸出波形 R4 R5 WD15 WD14 WD13 WD12 WD11 WD10 WD9 WD8 WD7 WD6 WD5 WD4 WD3 WD2 WD1 WD0 看門狗計數(shù)器 表 控制寄存器控制字功能 寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 功能 R0 R1 PFS7 PFS6 PFS5 PFS4 PFS3 PFS2 PFS1 PFS0 PFS15 PFS14 PFS13 PFS12 PFS11 PFS10 PFS9 PFS8 運行頻率選擇字 R2 RST WTE CR INT F/R 復(fù)位、看門狗、正反轉(zhuǎn) R3 RAMP7 RAMP6 RAMP5 RAMP4 RAMP3 RAMP2 RAMP1 RAMP0 R 相輸出幅值選擇字 R4 SAMP7 SAMP6 SAMP5 SAMP4 SAMP3 SAMP2 SAMP1 SAMP0 S 相輸出幅值選擇字 R5 TAMP7 TAMP6 TAMP5 TAMP4 TAMP3 TAMP2 TAMP1 TAMP0 T 相輸出幅值選擇字 （ 1）寄存器 R0 的 D2～ D0， CFS2～ CFS0 載波頻率，設(shè) SA4828 的外接頻率（ fCLK)為 12MHz（最高可達(dá) ），載波頻率： fCARR=fCLK/512/2n+1 () 令 n=2，即 CFS2～ CFS0=010，所以 fCARR =2929Hz。 2m/384 () 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 26 令 m=5，即 FRS2～ FRS0=101，所以 fRANGE=244。 PDT/fCARR/512 () 令最小脈沖寬度為 6μ s，即 PDT6～ PDT0=1110110。 PDY/fCARR/512 () 令死區(qū)時間為 2μ s，則 PDY5～ PDY0=111100。 PFS/65536 () 設(shè)運行頻率為 50Hz，則 PFS15～ PFS0=3475H。 100% () 取 幅值為 1， RAMP7～ RAMP0=0FFH[15]。 PWM 整流電路的控制方法按照有沒有引入電流反饋可以將這些控制方法分為兩種，沒有引入交流電流反饋的稱為間接電流控制，引入交流電流反饋的稱為直接電流控制。這種控制方法通過控制輸入電流和電壓同相位，從而得到功率因數(shù)為 1 的控制效果?？刂葡到y(tǒng)的閉環(huán)是整流器直流側(cè)電壓控制環(huán)。穩(wěn)態(tài)時， ud*=ud， PI 調(diào)節(jié)器輸入為零， PI 調(diào)節(jié)器的輸出 id和整流器負(fù)載電流大小相對應(yīng)，也和整流器交流輸入電流的幅值相對應(yīng)。達(dá)到穩(wěn)態(tài)時， ud*仍和 ud相等， PI 調(diào)節(jié)器輸入仍恢復(fù)到零，而 id則穩(wěn)定在新的較大的值，與較大 的負(fù)載電流和較大交流輸入電流相對應(yīng)。若整流器要從整流運行變?yōu)槟孀冞\行時，首先是負(fù)載電流反向而向直流側(cè)電容 C 充電，使 ud抬高， PI 調(diào)節(jié)器出現(xiàn)負(fù)偏差，其輸出 id減小后變?yōu)樨?fù)值，使交流輸入電流相位和電壓相位反相，實現(xiàn)逆變運行。 圖 間接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 下面再來分析控制系統(tǒng)中其余部分的工作原理。上面的乘法器是 id分別乘以和 a、 b、 c三相相電壓同相位的正弦信號，再乘以電阻 R，就可得到各相電流在 Rs 上的壓降 uRa、 uRb和uRc；下面的乘法器是 id分別乘以 a、 b、 c三相相電壓相位超前π /2 的余弦信號，再乘以電感 L 的感抗，就可以得到各相電流在電感 Ls上的壓降 uLa、 uLb和 uLc。 uL 三角波 cos(wt+2kπ/3) (k=0,1,2) u*d PI R XL ud sin(wt+2kπ/3) (k=0,1,2) id uR uA,B,C ua,ub,uc ud R L 負(fù)載 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 28 直接電流控制 直接電流控制是通過運算出交流輸入電流指令值，在引入交流電流反饋，通過對交流電流的直接控制而使其跟蹤電流指令值，因此這種方法稱為直接電流控制。 圖 直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 的控制系統(tǒng)是一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。外環(huán)的結(jié)構(gòu)、工作原理均和間接電流控制系統(tǒng)相同。可以看出， i*a， i*b和 i*c分別和各自的電源電壓同相位，其幅值和反映負(fù)載電流大小的直流信號 id成正比， 正是整流器作單位功率因數(shù)運行時所需要的交流電流指令信號。 采用滯環(huán)電流比較的直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，電流相應(yīng)速度快，控制運算中未使用電路參數(shù)，系統(tǒng)魯棒性好，因而獲得了較多的應(yīng)用。 i* a,b,c id PI ua,ub,uc ud R L 負(fù)載 u*d ud sin(ω t+2kπ /3) (k=0,1,2) i a,b,c 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 29 PWM 整流控制波形的產(chǎn)生 PWM 整流的控制采用直接電流控制，其波形產(chǎn)生電路為：給定的直流電壓與反饋電壓比較后，經(jīng)比例積分電路產(chǎn)生給定直流信號 id。與電網(wǎng)同步的三相正弦波信號由一個三相降壓變壓器組成，忽略變壓器的電阻和漏感，三相正弦 波信號與電網(wǎng)基本同步。乘法電路圖 。 VCR1081KR 11 0 50KR112470R1131K R1161KR115470R118470R 11 7 50KR 11 4 50KD D UD1D D VD2D D WD31 21 2 1 2D4 D5R 11 1 10KR 10 9 R E SVEOC1C111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U 29 74 L S 37 3D1D2D4D5R P H BY P H BB P H BR P H TY P H TB P H TO C 2D6D6D3V C C 圖 滯環(huán)比較器 指令電流和反饋電流求和后，輸出到滯環(huán)比較器的輸入端。當(dāng)三相橋式電路工作于逆變狀態(tài) 時 ，通過置位該 74LS373 的 OC 端來封鎖 PWM 整流信號，切換至 SPWM 逆變信號。常用的 IGBT 驅(qū)動模塊有三菱公司的 M579 系列和富士公司