一種高性能逆變電源的實現(xiàn)

　　逆變電源是不間斷電源、靜止航空電源、新能源發(fā)電技術等許多設備的關鍵部件。許多場合都要求逆變器能輸出失真度小的正弦波，因而消除諧波是逆變電源的基本要求之一[1]。文獻[2]討論了繼電保護測試儀用逆變電源的設計，其中利用SPWM生成芯片，結合頻率調(diào)節(jié)實現(xiàn)相位的閉環(huán)控制，其逆變電源可精確跟蹤給定信號頻率，并控制相位和幅值;文獻[3]介紹了基于TMS320F2812DSP的逆變中頻電源，其充分利用了DSP的外圍硬件電路，省去了單片機控制時的部分擴展電路;文獻[4]給出了單相逆變電源的主電路和控制電路的設計思想，仿真軟件OrCAD的仿真結果證實了其設計的單相逆變電源的輸出電壓諧波含量較低。筆者擬采用單片機作為控制器，脈沖信號產(chǎn)生采用消諧PWM法，詳細介紹其硬件、軟件實現(xiàn)過程。

　　消諧PWM控制

　　采用PWM控制技術的主要目的之一是為了解決逆變電源輸出的諧波問題，高頻PWM控制不僅可以有效地減小輸出電壓的諧波含量，而且可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。消諧控制的基本思想是：以PWM脈沖波形的切換點相位作為未知數(shù)，通過PWM脈沖的傅里葉級數(shù)分析，獲得輸出電壓的基波分量和各次諧波分量的表達式，然后根據(jù)基波和各次諧波幅值的要求建立一個與未知數(shù)個數(shù)相等的方程組，通過求解方程組，獲得各個脈沖的切換時刻，并按該時刻實施控制，則輸出電壓的基波和各次諧波幅值將會是期望值。一般情況下，總是令基波幅值為一個期望的非零值，而令各次諧波的大小為零，這樣經(jīng)過消諧PWM控制方程的逆變器將不含指定的低階諧波值。

　　假定逆變器輸出PWM波形在四分之一周期內(nèi)有N個開關切換點，每個開關切換點對應的相位角分別為(ai=1，2，…，N)，且有0≤a1

　　式(1)為雙極性調(diào)制且開關角個數(shù)N為奇數(shù)時的表達式，式(2)為雙極性調(diào)制且開關角個數(shù)N為偶數(shù)時的表達式，式(3)為單極性調(diào)制時的表達式。設逆變器輸出基波電壓幅值與輸入直流母線電壓比值為M，假定式(1)、式(2)對應的PWM波形用于三相逆變器，式(3)對應的PWM波形用于單相逆變器，則式(1)~(3)式可得出相對應的消諧方程分別如(4)~(6)式所示。求解上述方程即可得到一組開關切換角，將此切換角轉化為單片機定時計數(shù)脈沖數(shù)據(jù)表保存在程序存儲器中，供實時控制時查詢。