引言
随着现代科技的发展,逆变电源广泛应用到各行各业,进而对其性能提出了更高的要求。传统的逆变电源多为模拟控制或数字相结合的控制系统。好的逆变电源电压输出波形主要包括稳态精度高,动态性能好等方面。目前逆变器结构和控制,能得到良好的正弦输出电压波形,但对突变较快的波形,效果不是很理想。
函数信号发生器,是实验教学中常用的设备。能产生不同频率和电压等级的波形:方波信号,三角波,正弦信号波形。近年兴起的一种新的DDS技术,即直接数字频率合成技术。但是他们都为小信号波,没有功率输出,不能带一定的负载。
本文提出的多功能逆变电源,主电路采用二重单相全桥逆变器结构,输出的电压波形对给出的参考波形跟踪,有功率输出,能带一定的负载。控制采用加入微分环节的滞环控制,完全实现数字化控制。
主电路设计
多功能逆变电源原理如图1,有两部分组成:主电路和控制部分。其中主电路的参考信号,可以与计算机通信或者其他电路得到。
图1:多功能逆变电源原理
在主电路的设计上借鉴了多重逆变器结构,采用了二重单相全桥逆变器连接。原理图如图2.两个逆变器直流侧电压不相同,主逆变器的直流侧电压为Udc,从逆变器的直流侧电压为3Udc.输电电压波形共有9个电平组成:±4Udc,±3Udc,±2Udc,±Udc,0.由于输出电平的数量多于单个逆变器,输出波形较好。主逆变器工作为较高频率,从逆变器工作频率较低,极大的降低开关损耗。在参考波形变化缓慢阶段,只需要主逆变桥工作,就能很好的跟踪参考信号;当参考信号变化相当快速的时刻,需要辅助逆变桥和主逆变桥同时工作,快速精确跟踪参考信号。
图2:二重级联单相全桥逆变器拓扑
控制设计
在控制部分采用滞环完全数字化控制。滞环控制响应速度快、准确度较高、跟踪精度高,输出电压不含特定频率的谐波分量等特点,能够使用DSP实现数字化控制。对于主电路的主逆变器和从逆变器采用滞环控制。
图3:滞环控制原理
如图3所示,主开关的滞环宽度为h,从开关管的滞环宽度为hs,且hs》h.主逆变器一直工作,开关管V1和V4;V2和V3交替导通关断。从逆变器有三种工作状态。在t1~t2时刻,误差电压并没有超过从逆变器的滞环宽度,只需要主逆变器工作,四个开关管都关断;在t3时刻,误差电压△u》hs,开关管 VS2和VS3导通,开关管VS1和VS4关断;t4时刻误差电压-△u《-hs开关管VS1和VS4导通,开关管VS2和VS3关断。
考虑到跟随突变信号时跟随困难的情况,在滞环控制器前引入了微分环节,如图4所示,以改善跟随效果。
图4:带微分环节的滞环控制
引入微分环节后,根据图1和图2所示,对主逆变器滞环控制策略为:
式中:T为微分时间常数。
上述不等号取等号情况,则实际环宽h′为:
当稳态或者电压变化率不大时微分环节很小,可忽略,h′较大;当电压突变时微分环节将很大,不能忽略,h′较小,u迅速跟踪Uref.加入微分环节实际上就是改变滞环宽度。从逆变器滞环控制也采用相同原理。
仿真
利用Matlab,根据所提出主电路和控制设计建立模型。对图1的二重级联单相全桥逆变器进行仿真,负载为阻感型。
参考信号为正弦波,周期T为0.02s,最大值为50V.输出电压波形如图5所示。
图5:参考信号为正弦波输出电压
参考信号为三角波,电压最大值为70V,输出电压如图6所示。
图6:参考信号为三角波输出电压
从图5和图6看出,当参考信号为变化不是很快的正弦波和三角波信号时,逆变电源的输出电压能精确跟踪。
参考信号为阶梯波,输出电压波形如图7所示。
图7:参考信号为方波输出电压
参考电压信号为方波时,电压值为70V.输出电压波形如图8所示。
图8:参考信号为方波输出电压
当参考信号为阶梯波或方波,方波和阶梯波有突变时刻,逆变电源的输出电压也能很好跟踪参考信号。从图7和图8看出,输出电压是质量很好的阶梯波和方波,可作为电压源使用。
结论
多功能逆变电源,主电路采用二重级联单相全桥逆变器结构,输出的电压波形对给出参考波形跟踪,有功率输出,能带一定的负载,可直接作为电压源使用。控制采用加入微分环节的滞环控制,完全实现数字化控制。最后通过Matlab仿真,证实设计方案的多功能逆变电源是可行的。
上一篇:一种基于锂电池组均衡充电管理电源电路设计
下一篇:开关电源设计:有效精确测量电源纹波
推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:44
Vishay线上图书馆
- 选型-汽车级表面贴装和通孔超快整流器
- 你知道吗?DC-LINK电容在高湿条件下具有高度稳定性
- microBUCK和microBRICK直流/直流稳压器解决方案
- SOP-4小型封装光伏MOSFET驱动器VOMDA1271
- 使用薄膜、大功率、背接触式电阻的优势
- SQJQ140E车规级N沟道40V MOSFET
- 非常见问题解答第223期:如何在没有软启动方程的情况下测量和确定软启动时序?
- Vicor高性能电源模块助力低空航空电子设备和 EVTOL的发展
- Bourns 推出两款厚膜电阻系列,具备高功率耗散能力, 采用紧凑型 TO-220 和 DPAK 封装设计
- Bourns 全新高脉冲制动电阻系列问世,展现卓越能量消散能力
- Nexperia推出新款120 V/4 A半桥栅极驱动器,进一步提高工业和汽车应用的鲁棒性和效率
- 英飞凌推出高效率、高功率密度的新一代氮化镓功率分立器件
- Vishay 新款150 V MOSFET具备业界领先的功率损耗性能
- 强茂SGT MOSFET第一代系列:创新槽沟技术 车规级60 V N通道 突破车用电子的高效表现
- 面向车载应用的 DC/DC 电源
- USB Type-C® 和 USB Power Delivery:专为扩展功率范围和电池供电型系统而设计
- 景昱医疗耿东:脑机接口DBS治疗技术已实现国产替代
- 首都医科大学王长明:针对癫痫的数字疗法已进入使用阶段
- 非常见问题解答第223期:如何在没有软启动方程的情况下测量和确定软启动时序?
- 兆易创新GD25/55全系列车规级SPI NOR Flash荣获ISO 26262 ASIL D功能安全认证证书
- 新型IsoVu™ 隔离电流探头:为电流测量带来全新维度
- 英飞凌推出简化电机控制开发的ModusToolbox™电机套件
- 意法半导体IO-Link执行器电路板为工业监控和设备厂商带来一站式参考设计
- Melexis采用无磁芯技术缩小电流感测装置尺寸
- 千丘智能侍淳博:用数字疗法,点亮“孤独症”儿童的光