一種基于滑??刂频恼也孀兤?/h1>
摘要:提出了一種新的基于滑??刂频恼也孀兤?。該逆變器采用了兩組對(duì)稱的Buck電路,并利用滑??刂茖?duì)系統(tǒng)參變量變化和外部擾動(dòng)的不敏感性及魯棒性。該逆變器能獲得一個(gè)較為理想的正弦輸出電壓。給出了電路的工作原理和滑??刂品桨?,并進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/162427.htm關(guān)鍵詞:逆變器;滑??刂疲籅uck變換器
圖1正弦波逆變器電路基本拓?fù)?/p>
1引言
DC/AC變換技術(shù)發(fā)展迅速,并已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。傳統(tǒng)的DC/AC變換器主電路的拓?fù)涠嗖捎猛仆焓?、半橋式和全橋式等??刂品椒ㄉ弦话悴捎肞WM控制并在輸出端加LC濾波,另一種常用的方法是采用SPWM控制。與之相比,建立在諧波消除技術(shù)上的最優(yōu)PWM控制能獲得更好的正弦波輸出電壓。但是在負(fù)載變化的情況下,這些PWM方法無法保證輸出電壓的理想特性。瞬時(shí)反饋控制被提出來解決這個(gè)問題[1],但是這種控制方法對(duì)系統(tǒng)參變量的擾動(dòng)比較敏感。在一些關(guān)鍵的應(yīng)用場(chǎng)合中,往往要求DC/AC變換器的輸出電壓具有理想的正弦波特性。本文提出了一種新的正弦波逆變器電路拓?fù)?,它由兩組對(duì)稱的Buck電路組成,并采用滑模控制方案,從而獲得平滑的正弦波輸出電壓?;?刂葡鄬?duì)于傳統(tǒng)的控制方案的主要優(yōu)勢(shì)在于其所具有的參變量的魯棒性,它對(duì)系統(tǒng)參變量的擾動(dòng)和負(fù)載的變化都具有不敏感性,具有良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)[2]。
2電路基本結(jié)構(gòu)與工作原理
本文提出的正弦波逆變器電路基本拓?fù)淙鐖D1所示。采用了兩組對(duì)稱的Buck電路,負(fù)載跨接在兩個(gè)Buck變換器的輸出端,并以正弦的方式調(diào)節(jié)Buck變換器的輸出電壓,從而進(jìn)行DC/AC的變換。它包括直流供電電源Vin,輸出濾波電感L1和L2,功率開關(guān)管S1~S4,濾波電容C1和C2,續(xù)流二極管D1~D4,以及負(fù)載電阻R。通過滑??刂疲馆敵鲭娙蓦妷篤1和V2隨參考電壓的變化而變化,從而使兩個(gè)Buck變換器各產(chǎn)生一個(gè)有相同直流偏置的正弦波輸出電壓,并
圖2雙向Buck變換器
圖3滑??刂破骰究驁D
且V1和V2在相位上互差180°。由于負(fù)載跨接在V1和V2的兩端,則DC/AC變換器的輸出電壓V0如式(1)所示。(1)
雖然有一個(gè)直流偏置電壓出現(xiàn)在負(fù)載的任一端,但負(fù)載兩端電壓為正負(fù)交變的正弦波電壓,并且其直流電壓為零。由于DC/AC變換器的輸出電流是正負(fù)交變的,因此要求電路中的Buck變換器的電流能雙向流通,如圖1所示電路由兩組雙向Buck變換器組成。
一組電流雙向流通的Buck變換器可見圖2所示。S1與S2是一對(duì)互補(bǔ)控制的開關(guān)管,D1和D2為反并二極管。當(dāng)開關(guān)S1閉合,S2打開時(shí),若電感電流方向?yàn)檎?,則電流流經(jīng)S1,若為負(fù),則電感電流經(jīng)D1續(xù)流。當(dāng)S1打開,S2閉合時(shí),若電感電流方向?yàn)檎?,則電流經(jīng)D2續(xù)流,若為負(fù),則電感電流流經(jīng)S2。
3滑??刂破鞯脑O(shè)計(jì)
在本文中正弦波逆變器的控制采用了滑??刂破鳌S捎陔娐分械膬蓚€(gè)雙向Buck變換器是對(duì)稱的,并且具有獨(dú)立性,下面僅對(duì)一個(gè)雙向Buck變換器(圖2所示)的控制進(jìn)行分析??刂瓶驁D如圖3所示。vc與iL分別為輸出電容電壓反饋信號(hào)和輸出電感電流反饋信號(hào)。為了保證滑??刂频聂敯粜?,參考電流定義由式(2)所示[3]:iLref=i0+C(2)
為獲得輸出電壓的良好的瞬態(tài)響應(yīng),以狀態(tài)變量偏差(根據(jù)參考變量的差定義)的線性組合來表示的狀態(tài)空間的滑動(dòng)平面方程由式(3)給出:
s(x)=c1x1+c2x2(3)
這里系數(shù)c1和c2是增益,x1是輸出電容電壓偏差,x2是輸出電感電流偏差,可表示為式(4)、式(5):
x1=vc-vref(4)x2=iL-iLref=iL-i0-C=ic-C(5)
式中C為輸出電容值。從式(5)可知,需同時(shí)檢測(cè)電感電流和負(fù)載電流,事實(shí)上兩者之差即為電容電流,所以只需檢測(cè)電容電流即可。式(5)可變?yōu)?x2=ic-C(6)其中ic為電容電流的反饋信號(hào),相應(yīng)的參考電流變?yōu)镃。所以得:s(x)=c1(vc-vref)+c2(ic-C)(7)
信號(hào)s(x)通過一個(gè)滯環(huán)比較器產(chǎn)生開關(guān)管的控制信號(hào)。通過閉環(huán)控制,使得變量s(x)接近于零,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)的響應(yīng)由電路參數(shù)和控制參數(shù)c1與c2決定。合適地選擇這些參數(shù),可以獲得較高的控制魯棒性、穩(wěn)定性以及較快的響應(yīng)速度。
圖2所示電路中,定義變量γ如下:γ=(8)
以電感電流iL與電容電壓vc為狀態(tài)變量,可得雙向Buck電路的狀態(tài)空間方程為:=+γ(9)
可簡(jiǎn)寫為:=Ay+Bγ(10)
式中y=A=B=
控制技術(shù)
摘要:提出了一種新的基于滑??刂频恼也孀兤?。該逆變器采用了兩組對(duì)稱的Buck電路,并利用滑??刂茖?duì)系統(tǒng)參變量變化和外部擾動(dòng)的不敏感性及魯棒性。該逆變器能獲得一個(gè)較為理想的正弦輸出電壓。給出了電路的工作原理和滑??刂品桨?,并進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。
關(guān)鍵詞:逆變器;滑??刂疲籅uck變換器
圖1正弦波逆變器電路基本拓?fù)?/p>
1引言
DC/AC變換技術(shù)發(fā)展迅速,并已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。傳統(tǒng)的DC/AC變換器主電路的拓?fù)涠嗖捎猛仆焓?、半橋式和全橋式等??刂品椒ㄉ弦话悴捎肞WM控制并在輸出端加LC濾波,另一種常用的方法是采用SPWM控制。與之相比,建立在諧波消除技術(shù)上的最優(yōu)PWM控制能獲得更好的正弦波輸出電壓。但是在負(fù)載變化的情況下,這些PWM方法無法保證輸出電壓的理想特性。瞬時(shí)反饋控制被提出來解決這個(gè)問題[1],但是這種控制方法對(duì)系統(tǒng)參變量的擾動(dòng)比較敏感。在一些關(guān)鍵的應(yīng)用場(chǎng)合中,往往要求DC/AC變換器的輸出電壓具有理想的正弦波特性。本文提出了一種新的正弦波逆變器電路拓?fù)?,它由兩組對(duì)稱的Buck電路組成,并采用滑模控制方案,從而獲得平滑的正弦波輸出電壓?;?刂葡鄬?duì)于傳統(tǒng)的控制方案的主要優(yōu)勢(shì)在于其所具有的參變量的魯棒性,它對(duì)系統(tǒng)參變量的擾動(dòng)和負(fù)載的變化都具有不敏感性,具有良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)[2]。
2電路基本結(jié)構(gòu)與工作原理
本文提出的正弦波逆變器電路基本拓?fù)淙鐖D1所示。采用了兩組對(duì)稱的Buck電路,負(fù)載跨接在兩個(gè)Buck變換器的輸出端,并以正弦的方式調(diào)節(jié)Buck變換器的輸出電壓,從而進(jìn)行DC/AC的變換。它包括直流供電電源Vin,輸出濾波電感L1和L2,功率開關(guān)管S1~S4,濾波電容C1和C2,續(xù)流二極管D1~D4,以及負(fù)載電阻R。通過滑??刂疲馆敵鲭娙蓦妷篤1和V2隨參考電壓的變化而變化,從而使兩個(gè)Buck變換器各產(chǎn)生一個(gè)有相同直流偏置的正弦波輸出電壓,并
圖2雙向Buck變換器
圖3滑??刂破骰究驁D
且V1和V2在相位上互差180°。由于負(fù)載跨接在V1和V2的兩端,則DC/AC變換器的輸出電壓V0如式(1)所示。(1)
雖然有一個(gè)直流偏置電壓出現(xiàn)在負(fù)載的任一端,但負(fù)載兩端電壓為正負(fù)交變的正弦波電壓,并且其直流電壓為零。由于DC/AC變換器的輸出電流是正負(fù)交變的,因此要求電路中的Buck變換器的電流能雙向流通,如圖1所示電路由兩組雙向Buck變換器組成。
一組電流雙向流通的Buck變換器可見圖2所示。S1與S2是一對(duì)互補(bǔ)控制的開關(guān)管,D1和D2為反并二極管。當(dāng)開關(guān)S1閉合,S2打開時(shí),若電感電流方向?yàn)檎?,則電流流經(jīng)S1,若為負(fù),則電感電流經(jīng)D1續(xù)流。當(dāng)S1打開,S2閉合時(shí),若電感電流方向?yàn)檎?,則電流經(jīng)D2續(xù)流,若為負(fù),則電感電流流經(jīng)S2。
3滑??刂破鞯脑O(shè)計(jì)
在本文中正弦波逆變器的控制采用了滑??刂破鳌S捎陔娐分械膬蓚€(gè)雙向Buck變換器是對(duì)稱的,并且具有獨(dú)立性,下面僅對(duì)一個(gè)雙向Buck變換器(圖2所示)的控制進(jìn)行分析??刂瓶驁D如圖3所示。vc與iL分別為輸出電容電壓反饋信號(hào)和輸出電感電流反饋信號(hào)。為了保證滑??刂频聂敯粜?,參考電流定義由式(2)所示[3]:iLref=i0+C(2)
為獲得輸出電壓的良好的瞬態(tài)響應(yīng),以狀態(tài)變量偏差(根據(jù)參考變量的差定義)的線性組合來表示的狀態(tài)空間的滑動(dòng)平面方程由式(3)給出:
s(x)=c1x1+c2x2(3)
這里系數(shù)c1和c2是增益,x1是輸出電容電壓偏差,x2是輸出電感電流偏差,可表示為式(4)、式(5):
x1=vc-vref(4)x2=iL-iLref=iL-i0-C=ic-C(5)
式中C為輸出電容值。從式(5)可知,需同時(shí)檢測(cè)電感電流和負(fù)載電流,事實(shí)上兩者之差即為電容電流,所以只需檢測(cè)電容電流即可。式(5)可變?yōu)?x2=ic-C(6)其中ic為電容電流的反饋信號(hào),相應(yīng)的參考電流變?yōu)镃。所以得:s(x)=c1(vc-vref)+c2(ic-C)(7)
信號(hào)s(x)通過一個(gè)滯環(huán)比較器產(chǎn)生開關(guān)管的控制信號(hào)。通過閉環(huán)控制,使得變量s(x)接近于零,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)的響應(yīng)由電路參數(shù)和控制參數(shù)c1與c2決定。合適地選擇這些參數(shù),可以獲得較高的控制魯棒性、穩(wěn)定性以及較快的響應(yīng)速度。
圖2所示電路中,定義變量γ如下:γ=(8)
以電感電流iL與電容電壓vc為狀態(tài)變量,可得雙向Buck電路的狀態(tài)空間方程為:=+γ(9)
可簡(jiǎn)寫為:=Ay+Bγ(10)
式中y=A=B=
控制技術(shù)
評(píng)論