基于逆變電源設計的兩種雙環(huán)瞬時反饋控制方式

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圖2電流型準PWM靜態(tài)性能的比較

以某逆變器為例，分析和比較上述兩種控制方式下的動態(tài)和靜態(tài)性能。電路參數：E=180VDC，L=1mH,C=20μF；調制頻率為f；輸出：U0=115VAC、fo=400Hz；額定負載：1kVA電流和電壓反饋系數分別為0.4167和0.25；電壓調節(jié)器為PI型：放大倍數 Ap=13?5，時間常數τ1=0.27ms；

表1為不同負載和不同調制頻率下U0與基準電壓Ur的靜態(tài)誤差和U0的THD。

表1不同控制方式下的穩(wěn)態(tài)性能的比較

圖3起動及突加突降負載動態(tài)響應過程

(a)三態(tài)DPM電流滯環(huán)跟蹤控制方式

(b)電流型準PWM控制方式

靜差定義為：，式中U01是U0基波份量有效值，Uon為輸出電壓額定值。

分析表1及仿真波形(略)，發(fā)現：

(1)調制頻率f較低時，電流型準PWM波形失真較嚴重，但其THD隨f升高而迅速減小。

(2)功率開關管在電流型PWM方式時的平均開關頻率高于滯環(huán)方式，這意味著前者的開關損耗較大。

(3)電流型PWM方式下，諧波分量集中在調制頻率及其整倍數附近，而電流滯環(huán)跟蹤控制方式下UAB的諧波比較平均地分布在較寬的范圍內，調制頻率較低時容易產生較大的噪音。

(4)輸出電壓靜差基本上不受電流跟蹤方式、調制頻率的影響，而主要取決于電壓調節(jié)器參數，也受主電路參數影響。

動態(tài)性能的比較

由于開關點的離散性，DPM電流跟蹤控制方式在控制電路中引入了一個時間常數為1/f的等效純滯后環(huán)節(jié)，對閉環(huán)系統的穩(wěn)定性和動態(tài)性能有不利影響。圖3為起動及負載變化時兩種控制方式下的電感電流iL和輸出電壓U0仿真波形。可見，PWM方式下的動態(tài)性能較好，特別是調制頻率較低時，差別更明顯。但隨著調制頻率的提高，滯后時間常數減小，滯環(huán)方式的動態(tài)性能明顯改善，接近于PWM方式。

改變PI電壓調節(jié)器參數(減小放大倍數或增大積分時間常數)可以改善動態(tài)響應的穩(wěn)定性、減小動態(tài)壓降，但又將增大靜態(tài)誤差，即重載時的電壓降落，延長調節(jié)時間。換言之，在達到同樣動態(tài)性能的前提下，電流型PWM控制方式允許較大的放大倍數或較小的積分時間常數，從而獲得更好的靜態(tài)性能。

結語

三態(tài)DPM電流滯環(huán)跟蹤控制方式實現簡單，開關損耗較低、失真較小。電流型準PWM控制方式可以獲得較好的動態(tài)性能，特別是系統穩(wěn)定性及較小的輸出電壓降落，電路實現比較復雜，它適于調制頻率較低或逆變器輸出濾波電感L、電容C較小的情況。而調制頻率較高時，三態(tài)DPM電流滯環(huán)跟蹤不失為一種簡單而性能優(yōu)良的控制方式。