一種簡易數(shù)字控制的三相逆變電源的研制

摘要：研制了一種新型的三相逆變電源，采取了一種新型的SPWM數(shù)字控制方案，分析了其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理，實驗結(jié)果表明：輸出波形達到要求，實現(xiàn)簡單，成本低，方案可行。

關(guān)鍵詞：數(shù)字控制；三相逆變電源；推挽電路

1 引言

逆變電路較為常用的是SPWM控制方式。這種方式較容易用模擬電路實現(xiàn)，但脈沖穩(wěn)定性和抗干擾能力差。市售的用于三相逆變電源的數(shù)字控制集成芯片，如HEF4752等，又存在運算速度受處理器的字長因素影響、價格昂貴等問題。本文介紹了一種用高頻開關(guān)電源代替變壓器升壓和隔離的三相逆變電源系統(tǒng)，提出了一種新型實用的預置相位PWM數(shù)字控制方案，其基本思想是將SPWM對應于開關(guān)管的脈寬通過仿真預先計算出來，轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)后存儲于EPROM內(nèi)。經(jīng)地址掃描、鎖存后，將預置于EPROM內(nèi)的數(shù)值轉(zhuǎn)換成對應的觸發(fā)脈沖，以驅(qū)動逆變器主電路開關(guān)管。逆變控制電路僅采用一片EPROM及幾片集成芯片構(gòu)成，整個控制器硬件結(jié)構(gòu)簡單，降低了成本。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

圖1給出了本文所提出的三相中頻逆變電源的系統(tǒng)原理框圖。該系統(tǒng)由推挽式開關(guān)電源與三相逆變電源有機地結(jié)合起來，是通過直流－交流－直流－交流的變流方式完成的，逆變電路部分調(diào)制比不變，通過調(diào)節(jié)推挽電路的占空比達到穩(wěn)定交流輸出電壓的目的。其主要組成部分有主電路、檢測保護電路和控制電路。

圖1 三相逆變電源原理框圖

2.1 推挽升壓電路

根據(jù)電路輸入電壓低，電流大的實際特點，對比了目前常用的推挽式、半橋式、全橋式的優(yōu)缺點后，升壓電路采用了推挽變換電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。它具有使用功率開關(guān)器件數(shù)量少、驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點。控制集成芯片采用TL494，芯片提供了一個內(nèi)部基準電壓(5V±1％),其內(nèi)部誤差放大器有一個共模電壓范圍，工作電壓范圍寬(8～40V),最高工作頻率可達300kHz，在CT腳和放電腳之間用單個電阻連接可對死區(qū)時間進行調(diào)整。

圖2 推挽升壓電路

假設變壓器變比為N₂/N₁，D為V₁、V₂控制脈沖的占空比，則輸出電壓V_o1為

V_o1=2DV_in(N₂/N₁)(1)

由式（1）可知，只要調(diào)節(jié)占空比D即可調(diào)節(jié)直流側(cè)輸出電壓V_o1，從而改變交流輸出電壓，其中D由電壓反饋環(huán)節(jié)反饋并經(jīng)PID調(diào)節(jié)器處理后送至TL494的反饋輸入端（管腳3）。

2.2 逆變電路

1)控制電路

本文采用了一種新型的預置相位PWM波的數(shù)字控制方案，逆變器六個開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)同某一調(diào)制比的SPWM脈沖相對應（本實驗電路中調(diào)制比為0.98），其出發(fā)點是由一片EPROM來存儲這六個開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，同一橋端開關(guān)管之間相位互差120°,同橋臂上下開關(guān)管互補導通且有死區(qū)。其逆變驅(qū)動電路如圖3所示。

圖3 三相逆變驅(qū)動電路