基于逆變電源設計的兩種雙環(huán)瞬時反饋控制方式

電流型雙環(huán)控制技術在DC/DC變換器中廣泛應用，較單電壓環(huán)控制可以獲得更優(yōu)良的動態(tài)和靜態(tài)性能[3]。其基本思路是以外環(huán)電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為內(nèi)環(huán)電流給定，檢測電感(或開關)電流與之比較，再由比較器的輸出控制功率開關，使電感和功率開關的峰值電流直接跟隨電壓調(diào)節(jié)器的輸出而變化。如此構成的電流、電壓雙閉環(huán)變換器系統(tǒng)瞬態(tài)性能好、穩(wěn)態(tài)精度高，特別是具有內(nèi)在的對功率開關電流的限流能力。逆變器(DC/AC變換器)由于交流輸出，其控制較DC /DC變換器復雜得多，早期采用開關點預置的開環(huán)控制方式[1]，近年來瞬時反饋控制方式被廣泛研究，多種各具特色的實現(xiàn)方案被提出，其中三態(tài)DPM(離散脈沖調(diào)制)電流滯環(huán)跟蹤控制方式性能優(yōu)良，易于實現(xiàn)。本文將電流型PWM控制方式成功用于逆變器控制，介紹其工作原理，與電流滯環(huán)跟蹤控制方式比較動態(tài)和靜態(tài)性能，并給出仿真結(jié)果。

三態(tài)DPM電流滯環(huán)跟蹤控制方式

電流滯環(huán)跟蹤控制方式有多種實現(xiàn)形式，其中三態(tài)DPM電流滯環(huán)跟蹤控制性能較好且易于實現(xiàn)。參照圖1，它的基本工作原理是：檢測濾波電感電流iL，產(chǎn)生電流反饋信號if。if與給定電流ig相比較，根據(jù)兩個電流瞬時值之差來決定單相逆變橋的4個開關在下一個開關周期中的導通情況：ig-if>h時(h見圖1，為電流滯環(huán)寬度，可按參考文獻[1]P64式5?2選取)S1、S4導通，UAB=+E，+1狀態(tài);ig-if-h時S2、S3導通，UAB="-"E，-1狀態(tài)；|ig-if|h時S1、S3或S2、S4導通，UAB="0，"0狀態(tài)。兩個D觸發(fā)器使S1～S4的開關狀態(tài)變化只能發(fā)生在周期性脈沖信號CLK(頻率2f)的上升沿，也就是說開關點在時間軸上是離散的，且最高開關頻率為f。

仿真和實驗表明，iL正半周，逆變器基本上在+1和0狀態(tài)間切換，而iL負半周，逆變器基本上在-1和0狀態(tài)間切換，只有U0過零點附近才有少量的+1和-1之間的狀態(tài)跳變，從而使輸出脈動減小。

電流型準PWM控制方式

圖1三態(tài)DPM電流滯環(huán)跟蹤控制方式

綜合常規(guī)PWM單、雙極性工作方式的優(yōu)缺點，并借鑒滯環(huán)控制技術，得到改進的電流環(huán)控制電路如圖2。S3、S4基本上以低頻互補，S1、S2以高頻互補方式工作。其基本工作原理：

(1)ig正半周，即ig>0時

比較器CMP1輸出高電平，S3一直關斷。

時鐘信號CLK的上升沿將觸發(fā)器RS1置1，S1、S4導通，S2關斷，UAB為+E，iL按式(1)上升

M1=diL/dt=(E-U0)/L(1)

當iL升至if>ig時RS1翻轉(zhuǎn)，S1關斷、S2導通，UAB為0，iL按式(2)變化

M2=diL/dt=-U0/L(2)

若U0>0，則iL下降，至開關周期結(jié)束;而若U00，則iL繼續(xù)上升，此時可能出現(xiàn)三種情況：

①if上升率小于ig，則if相對于ig下降至開關周期結(jié)束；

②if上升率略大于ig，開關周期結(jié)束時if大于ig而小于ig+h，則下一個開關周期仍保持該狀態(tài)(UAB為0);

③若if升至ig+h，則CMP3翻轉(zhuǎn)為1、將RS3清零，S4關斷，負載通過D2、D3續(xù)流，UAB為-E，iL按式(3)下降至開關周期結(jié)束。if的峰值不大于ig+h

M2=diL/dt=-(E+U0)/L(3)

(2)ig負半周，即ig　　比較器CMP1輸出低電平，S4一直關斷。

時鐘信號CLK的上升沿將觸發(fā)器RS2清0，S2、S3導通，S1關斷，UAB為-E，iL按式(3)下降。

當iL降至if時RS2翻轉(zhuǎn)，S2關斷、S1導通，UAB為0，iL按式(2)變化：若U0，則iL上升至開關周期結(jié)束；而若U0>0，則iL繼續(xù)下降，此時也可能出現(xiàn)三種情況：

①if下降率小于ig，則if相對于ig上升至開關周期結(jié)束；

②if下降率略大于ig，開關周期結(jié)束時if小于ig而大于ig-h，則下一個開關周期仍保持該狀態(tài)(UAB為0)；

③若if降至ig-h，則CMP4翻轉(zhuǎn)為1，RS3清零，S3關斷，負載通過D1、D4續(xù)流，UAB為+E，iL按式(1)上升至開關周期結(jié)束。|if|的峰值不大于|ig-h|，即|ig|+h。

可見，這也是一種三態(tài)工作方式：iL與U0同相時，逆變器工作在PWM方式，在1狀態(tài)和0狀態(tài)(或-1狀態(tài)和0狀態(tài))間轉(zhuǎn)換;二者反相時，滯環(huán)才起作用，它使逆變器在1，0和-1三種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換。