全橋高頻鏈逆變電源的混合控制策略

系統(tǒng)控制核心為TMS320F2407型D SP，采用電壓瞬時(shí)反饋控制，只用一個(gè)事件管理器可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生，定時(shí)器的工作模式為增減計(jì)數(shù)，即載波Ut為對(duì)稱三角波，載波頻率和高頻鏈逆變器的開關(guān)頻率一致，通過正確設(shè)置相關(guān)寄存器，即可以產(chǎn)生高頻SPWM信號(hào)來驅(qū)動(dòng)高頻變壓器前端逆變電路[8]。而周波變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是由高頻SPWM信號(hào)和輸出電壓與電流的過零比較輸出信號(hào)進(jìn)行邏輯組合得到。圖4為周波變換器驅(qū)動(dòng)信號(hào)邏輯組合產(chǎn)生原理。其中輸出電壓經(jīng)過過零比較得到SP，與輸出電流進(jìn)行邏輯組合得到SF。再經(jīng)過一系列邏輯運(yùn)算得到周波變換器最終的驅(qū)動(dòng)波形。

圖4 周波變換器驅(qū)動(dòng)信號(hào)邏輯組合

4 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在上述理論分析研究基礎(chǔ)上，應(yīng)用MATLAB仿真軟件對(duì)上述所做的理論分析及控制策略的研究進(jìn)行了仿真。同時(shí)，為了驗(yàn)證混合控制策略對(duì)全橋高頻鏈逆變電路的可行性及效果，制作了一個(gè)原理樣機(jī)，主要參數(shù)如下：輸入直流電壓為40V~60V，輸出電壓為220Vac的正弦交流電，輸出額定容量為200VA。S1~S4采用MOSFET，型號(hào)為IXTQ60N20T；S5、S6采用MOSFET，型號(hào)為IXFX24N120Q2。高頻變壓器的磁芯為ETD49，材質(zhì)為PC40，初級(jí)繞組為8匝，由兩股線徑為0.8mm的漆包線并繞，次級(jí)為90匝，由線徑為0.5mm的漆包線繞制。輸出電容選擇4µF的CBB電容。

圖5為周波變換器開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形，由仿真結(jié)果可知，當(dāng)輸出電壓U0和電流I0極性相同時(shí)，開關(guān)管S5、S6均處于工頻開關(guān)狀態(tài)。如果負(fù)載為感性負(fù)載，輸出電流 滯后于輸出電壓U0，且其中輸出電壓U0為正，輸出電流I0為負(fù)時(shí)，S5常通，S6高頻斬波，實(shí)現(xiàn)能量回饋；當(dāng)輸出電壓U0為負(fù)，輸出電流I0為正時(shí)，S6常通，S5高頻斬波，實(shí)現(xiàn)能量回饋。當(dāng)負(fù)載為容性負(fù)載時(shí)，輸出電流I0超前于輸出電壓U0，且其中輸出電壓U0為負(fù)，輸出電流I0為正時(shí)，S6常通，S5高頻斬波，實(shí)現(xiàn)能量回饋；輸出電壓U0為正，輸出電流I0為負(fù)時(shí)，S5常通，S6高頻斬波，實(shí)現(xiàn)能量回饋。證明周波變換器通過邏輯混合控制可以實(shí)現(xiàn)其開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖為低頻和高頻脈沖的混合，逆變器能量可以雙向流動(dòng)。

在0.15S時(shí)逆變器輸出所帶負(fù)載突然發(fā)生變化，此情況下輸出電壓U0與輸出電流I0的變化情況如圖6所示。由圖6可以看出系統(tǒng)負(fù)載突然發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓基本不發(fā)生變化，實(shí)時(shí)跟蹤給定電壓。圖7為給定電壓與實(shí)際輸出電壓的正半周比較圖。由圖7可以看出實(shí)際輸出電壓始終跟蹤給定電壓上下波動(dòng)，且波動(dòng)范圍較小。圖6和圖7說明采用電壓瞬時(shí)反饋的控制算法，可以使系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)特性與較好的穩(wěn)定性。由圖8可以看出輸出電壓THD為0.82%，諧波含量較少。圖9為接阻性與容性負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓與電流實(shí)驗(yàn)波形圖。

（a）感性負(fù)載

（b）容性負(fù)載

圖5 周波變換器開關(guān)管驅(qū)動(dòng)波形仿真圖