SPWM控制技术在双Buck逆变器中的应用
spwm技术和应用
SPWM调制技术及其应用2011-05-29 15:17:16 来源:互联网SPWM调制技术及其应用1、正弦脉宽调制（SPWM）技术的理论基础采样控制理论中有一个重要结论：形状不同但面积相等的窄脉冲加之于线性环节时，得到的输出效果基本相同。
如图所示，分别是矩形、三角形、正弦半波窄脉冲和理想单位脉冲函数为波形的电压源u(t) 施加于R、L负载上的情况，当负载时间常数远大于激励脉冲持续时间时，响应i(t) 基本一致，只在上升段有所不同。
由于响应持续时间较长的下降段体现了低频成份，持续时间短的上升段体现了响应的高频分量，因此各个响应按傅里叶分析在低频段基本一致，差别存在于高频段。
当激励脉冲越窄（或负载惯性常数与脉冲持续时间相差越大），则响应的高频段所占比例愈小，整个响应愈相近。
线性系统周期性窄脉冲群的响应可以等效为各个窄脉冲相应的叠加，这样某一以时间为自变量的激励函数加在惯性环节上的响应可以被等效为按时间段与之面积相等的窄脉冲序列加在同一环节上得到的响应。
利用等面积序列脉冲等效正弦半波相应时间段的面积就形成了一系列脉宽随正弦波瞬时值变动的脉冲序列－－即SPWM波，如图所示。
开关功率变换器输出为脉冲函数，利用高频SPWM波施加于负载，并配置低通滤波环节就能够产生需要的低频正弦响应－－即SPWM 调制技术的基本原理与方法。
2、自然采样法－－产生SPWM波的基本方法按照三角波（或锯齿波、统称为载波）与正弦波（调制波）比较，产生SPWM脉冲序列的方法称为自然采样法。
正弦波在不同相位角时其值不同，与三角波相交所得脉冲宽度也不同；当正弦波频率变化和幅值变化时，各个脉冲宽度也相应发生变化。
利用模拟电路可以方便的实现这个功能，将正弦波与三角波施加于比较器的两个输入，其输出即为SPWM波，因此这种方法在模拟控制方式中比较常用，但作为数字控制时由于计算工作量大，一般不常用。
自然采样法示意：uc为三角载波，周期为Tcus为正弦调制波，周期为Ts当us> uc 时，输出＋Uo当us< uc 时，输出－Uo一般有：Ts>> Tcusm≤ucm3、规则采样法（自然采样法的改进－－适合数字控制）规则采样法的原理以载波周期谷点时刻调制波瞬时值为整个载波周期内调制波的幅值，这样调制波与与载波比较得到SPWM信号的方法称为规则采样法。
SPWM变频电源双闭环控制的设计和研究
SPWM变频电源双闭环控制的设计和研究在目前逆变电源的控制技术中，滞环控制技术和SPWM控制技术是变频电源中比较常用的两种控制方法。
滞环控制技术开关频率不固定，滤波器较难设计，且控制复杂，难以实现；SPWM控制技术开关频率固定，滤波器设计简单，易于实现控制。
当二者采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略时，均能够输出高质量的正弦波，且系统拥有良好的动态性能。
对于SPWM变频电源，采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略，工程中参数设计往往采用试凑法，工作繁琐，误差较大。
本文详细介绍了SPWM变频电源主要的控制参数设计准则和方法，对于快捷、准确地选择合适的闭环参数，有很大的实践应用价值。
2系统简介图1 双闭环控制的SPWM变频电源系统构成简化图图1为系统构成简化图，该系统由主电路和控制电路两部分组成。
逆变电源主电路采用以IGBT为开关器件的单相逆变电路, 采用全桥电路结构，经过LC低通滤波器，滤去高频成分，在滤波电容两端获得相应频率的光滑的正弦波。
虚线框包括的是控制电路，电压电流瞬时值双闭环反馈控制是由输出滤波电感电流和输出滤波电容电压反馈构成的。
其外环为输出电压反馈，电压调节器一般采用PI形式。
电压外环对输出电压的瞬时误差给出调节信号，该信号经PI调节后作为内环给定；电感电流反馈构成内环，电流环设计为电流跟随器。
电流内环由电感电流瞬时值与电流给定比较产生误差信号，与三角形载波比较后产生SPWM信号，通过驱动电路来控制功率器件，保证输出电压的稳定，形成典型的双环控制。
在实际应用中采用电流内环之外还设置电压外环的目的除了降低输出电压的THD外，还在于对不同负载实现给定电流幅值的自动控制。
3SPWM变频电源的线性化模型由于SPWM变频电源中存在着开关器件，因此是一个非线性系统，但因为一般情况下，SPWM变频电源的开关频率远高于调制频率，故可以利用传递函数和线性化技术，建立起SPWM变频电源的线性化模型[1]，如图2所示。
双 BUCK逆变器中 SPWM控制与滞环控制的比较
双BUCK逆变器中SPWM控制与滞环控制的比较朱琳，赵徐成，孙鹏，郭春龙，高攀徐州空军学院航空四站系，徐州221000摘要本文以研制新型航空地面电源为出发点，以逆变器为研究对象，研究了双降压式半桥逆变电路在正弦脉宽调制控制和滞环控制下的工作特点，详细分析了各自滤波器的设计方法，最后介绍了输出115V/400Hz/30kW的实验样机，讨论了两种控制方法下逆变器的谐波分布。
通过仿真结果和实验数据的验证，证明了在大功率条件下，SPWM控制与电流滞环控制相比具有谐波分布固定，突加突卸负载时的输出电压稳定，滤波器设计简单的优点。
关键词双降压半桥逆变电路，正弦脉宽调制控制，大功率Performance Comparison of the SPWM Control and Hysteresis Control In Dual-Buck InverterZhu Lin Zhao Xucheng Sun Peng Guo Chunlong Gao PanDepartment of Aerial Four Shops Support,Xuzhou Air Force College,Xuzhou221000 Abstract This paper focused on the research of new pattern air ground power supply unit for start,and majored in the design of inverter,researched on the character of dual-buck half bridge inverter circuit which was controlled by Sine Pulse a115V/40Width Modulation（SPWM）and hysteresis,then analysed each filter design,at the last this page had introduced0Hz/30kW inverter prototype,discussed harmonic distribution of the two types of controlling inverter.According to the proof of simulation results and empirical datum,had illustrated that the SPWM control inverter had the advantages of fixed harmonic distribution,output voltage steadily when loading and unloading transient prosess,simple filter design that compared with the hysteresis control.Keywords dual-buck half bridge inverter circuit;SPWM control;high-power1引言本研究是在以双降压半桥逆变器（Dual buck HalfBridge Inverter—DBI）为主电路的基础上，对SPWM控制和滞环控制的方法进行比较分析，从而得出适合于大功率逆变电路的控制方法，使之输出稳定的115V/400HZ三相中频交流电压，供给飞机进行飞行前的供电检查和启发等。
SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真
SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏会直接影响整个系统的逆变性能和带载能力。
逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力；动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion) 和负载突变时的动态响应水平。
在这些指标中对输出电压的THD 要求比较高，对于三相逆变器，一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%.这些指标与逆变器的控制策略息息相关。
文中主要介绍如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外环和电压瞬时值内环进行控制。
针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。
通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略下的逆变器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。
并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。
1 三电平逆变器单相控制模型的建立带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。
图1 中L 为输出滤波电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。
在建立控制系统的仿真模型时，需要采集负载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所需要调节的值。
在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形，具体的产生原理在这不做详细描述。
在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产生如图2 所示，这里调制比设为0.8。
图1 三电平逆变器单相主电路图2 四相SPWM 产生电路。
SPWM控制技术在双BUCK逆变器中的应用
CH1：UO/100.0V/格
CH1：UPWM/20.0V/格 CH2：UO/100.0V/格 CH3：UCE/200.0V/格
图 5 空载实验波形
图 4 双 BUCK 逆变器的 Saber 仿真波形
4 实验结果
现已完成逆变器单相实验， 并让输出功率 达到了10kW。 所用主要参数为： 输入直流母线 电压为360 10%V，电压基准ur为固定的值 5.24V/400HZ，这样逆变器时就会在空载时输 出115V的正弦交流电， 三角载波频率为17kHZ， 输出功率从空载加到10kW。功率管S1和S2选用 BSM300GA120DN2型高电压大电流IGBT， 反向二 极管D1和D2选用DSEI2*101-12A型的快恢复二 极管，主电路滤波器的两个电感L1和L2取值是 180uH，输出滤波电容取值为120uF。 下面是单相双 BUCK 逆变器的主要实验波 形图：图 5 是空载时的实验波形，其中通道 1 为逆变器下管桥臂 IGBT 的驱动波形 UPWM， 通道 2 为逆变器输出波形 UO ，有效值为 114.2V，频率为 400HZ，通道 3 是上管桥臂 IGBT 的 CE 两端电压波形 UCE。从波形图上 可以清楚得看到， 功率管是半周期工作， 这点 完全和理论、 仿真结果相吻合。 图 6 是逆变器 所带负载输出电流为 17.6A 实验， 输出功率约 为 2kW 时的实验波形，通道 1 是电感电流经 过霍尔传感器转化为电压信号的波形 Ui，通 道 2 为上管桥臂 IGBT 的 CE 两端电压波形 UCE， 通道 3 是逆变器输出电压波形 UO， 有效 值为 112.2V，频率为 400HZ。图 7 是负载输 出电流为 102A，功率约 10kW 的实验波形， 通道 1、通道 2 和通道 3 都与图 6 相同，输出 电压的有效值为 100V，频率为 400HZ。
SPWM波控制单相逆变器双闭环PID调节器的Simulink建模与仿真
SPWM波控制单相逆变器双闭环PID调节器的Simulink建模与仿真随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏会直接影响整个系统的逆变性能和带载能力。
逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力;动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion)和负载突变时的动态响应水平。
在这些指标中对输出电压的THD 要求比较高，对于三相逆变器，一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%.这些指标与逆变器的控制策略息息相关。
文中主要介绍如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外环和电压瞬时值内环进行控制。
针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。
通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略下的逆变器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。
并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。
1 三电平逆变器单相控制模型的建立带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。
图1 中L 为输出滤波电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。
在建立控制系统的仿真模型时，需要采集负载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所需要调节的值。
在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形，具体的产生原理在这不做详细描述。
在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产生如图2 所示，这里调制比设为0.8.图1 三电平逆变器单相主电路图2 四相SPWM 产生电路在B1,B2,B3,B4 端口用模拟示波器观察其波形，结果如图3 所示。
图3 四相SPWM 驱动波形2 双环控制的选取在逆变控制系统中，采用输出电压有效值反馈的方法进行控制，这种方法通过将输出电压有效值与实际所要求的电压有效值进行比较，误差信号与正弦信号相乘的结果作为SPWM 的调制信号。
SPWM组合式BOOSTDC%2fAC逆变器实现原理分析与仿真
．８２．ＳＰＷＭ组合式ＢＯＯＳ＇ｌ＇Ｄ（ＹＡＣ逆变器实现原理分析与仿真—∞＃一＝＝＝；——；——＝＝＝＝——｛一——＝＝＝＝——＃＃——＝＝＝＝＝＝；—｛＝；——＝一一；＆＝＝＝＝＝＝；；ｔ｛＝ｄ；＝＝＝一ＳＰＷＭ组合式ＢＯＯＳＴＤＣ／ＡＣ逆变器实现原理分析与仿真孙驰林洁朱忠尼空军雷达学院（武汉４３００１０）摘要：将ｓＰ弭Ｍ方法引人组合式ＢＯＯＦＦＤｃ／Ａｃ变换器电路中，并进行ｒ电路分析与仿真。
分析与仿真表明这种电路能实现ＤＣ／ＡＣ变换和升压、凋压功能。
这种电路可以用在非隔离式ＵＰＳ、通信电源、电气传动装置中。
龊词：ＢＯＯｆｆｒ变换器逆变器ＳＰＷＭＡｎａｌｙｓｉｓ＆ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳＰＷＭＭｉｘｅｄＢｏｏｓｔＤＣ—ＡＣＩｎｖｅｒｔｅｒＳｕｎｃｈｉＬｉｎｊｉｅＺｈｕｚｈｏｎｇｎｉＡｉｒＦｏｒｃｅＲａｄａｒＡｃａｄｅｍｙ（４３００１（Ｉ）Ａｈｓｌｒａｃｔ：ＳＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏａｍｉｘｅｄｂｏｏｓｔＤＣ／ＡＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎａｌｙｓｅｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅｉｎｃｌｕｄｅｄｓｉｍｕｈａｎｅｏｕｓｌｙ．’ｆｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔＰａｎｒｅａｌｉｚｅＤＣ／ＡＣｃｏｎｖｅｒ－ｓｉｏｎａｎｄｂｏｏｓｔｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｂｙｅｏｎｔｒｏｌ／ｉｎｇｍｅｄｕｌａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ．ＴｈｅＳＰＷＭｂｏｏｓｔＤＣ／ＡＣｉｎｖｅｒｔｅｒｉｓｉｎｔｅｎｄｅｄｔｏｂｅｕｓｅｄｉｎｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ（ＵＰＳ），ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐ㈣ｒｓｕｐｐｌｙａｎｄＡＣｄｒｉｖｅｒｄｅｖｉｃｅｓｅｔｃ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｎｖｅｒｔｅｒＳＰＷＭ１引言目前，对非隔离式ＤＣ／ＡＣ变换器．太多数都只能实现降压输出。
简述SPWM的基本原理及应用
简述SPWM的基本原理及应用1. 什么是SPWMSPWM（Sine-wave Pulse Width Modulation），中文名为正弦波脉宽调制，是一种常用的调制技术。
它通过将一个参考信号与一个三角波进行比较，通过改变脉冲宽度来实现输出波形的调制。
SPWM技术广泛用于电力电子领域，特别是在交流调压供电系统中，通过控制晶闸管或IGBT开关管的通断条件，控制输出电压的大小和波形。
SPWM能够产生质量较高的交流电源，被广泛应用于交流电动机驱动、UPS、逆变器等领域。
2. SPWM的基本原理SPWM的基本原理是通过对比参考信号与三角波信号的相位差，确定脉冲宽度的长度，从而控制输出波形的形状。
具体原理如下：•生成参考信号：根据输入的目标频率和幅值，生成一个和所需输出波形一致的正弦信号。
•生成三角波信号：三角波信号是一种连续的、呈线性变化的信号，通常由一个积分单元产生。
该信号用于与参考信号进行比较。
•比较参考信号与三角波信号相位差：参考信号和三角波信号在一个比较器中进行比较，产生一个以三角波信号为基准的脉冲信号。
•控制脉冲宽度：当参考信号的幅值大于三角波信号的幅值时，脉冲宽度较宽；反之，若参考信号幅值小于三角波信号幅值，则脉冲宽度较窄。
•输出波形调制：通过控制脉冲宽度的变化，实现对输出波形的调制。
脉冲宽度的改变导致输出波形的有效值和形状发生变化。
3. SPWM的应用SPWM技术在电力电子领域有着广泛的应用，以下是几个常见的应用场景：3.1 交流电动机驱动SPWM技术可以用于交流电动机驱动系统中，通过控制变频器输出的电压和频率，实现对电动机的速度和转矩的精确控制。
通过调整脉冲宽度和频率，可以使电动机在不同负载条件下运行效果更佳。
3.2 UPS（不间断电源）UPS系统通常使用SPWM技术来实现交流电转直流电并通过逆变器将直流电转换为交流电供应给负载。
SPWM技术可以提供较高的转换效率和高质量的输出电压，保证负载设备的稳定供电。
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图 ３ｂ 是逆变器负载输出电流ｉｏ＝１７．６ Ａ，输出功 率 Ｐｏ≈２ ｋＷ 时的实验波形。ｕｉ 是电感电流经过霍尔 传感器转化为电压的信号。图 ３ｂ 中 ｕｏ 的有效值为 １１２．２ Ｖ，频率为 ４００ Ｈｚ。图 ３ｃ 是 ｉｏ＝１０２ Ａ，Ｐｏ≈１０ ｋＷ 的实验波形。图 ３ｃ 中，ｕｏ 的有效值为 １００ Ｖ，频率为 ４００ Ｈｚ。通过改变ｕｒ的频率和大小，可使逆变器输出
定稿日期： ２００８－ ０１－ ０２ 作 者 简 介 ： 孙 运 凯 （ １９８３－ ） ， 男 ， 湖 北 荆 门 人 ， 硕 士 生 ， 研
究 方 向 为 电 力 电 子 功 率 变 换 器 、航 空 电 源 。 ６８
的直通问题，而且系统的抗干扰能力强，可靠性高，此 外还提高了输出波形的质量。由于续流二极管 ＶＤ１ 和 ＶＤ２ 的存在，使得功率管的体二极管不工作，这一点 在大功率逆变器中尤为重要。图 １ 是 ＤＢＩ 的主电路［１］。 它由两个类似 Ｂｕｃｋ 变换器的电路组合而成。
（Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ＆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｖｅｌ ｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｕｎｉｔ ｆｏｒ ａｉｒｐｌａｎｅｓ，ａｎｄ ｍａｊｏｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎ－ ｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｈａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ａ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｕａｌ ｂｕｃｋ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｂｉｐｏｌａｒ Ｓｉｎｅ Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＳＰＷＭ）．Ｔｈｅ ｍｅｒｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕａｌ ｂｕｃｋ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｕａｌ ｂｕｃｋ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆ ＳＰＷＭ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｄａｔｕｍ ｏｎ ａｎ １１５ Ｖ／４００ Ｈｚ／ １０ ｋＷ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｐｒｏｖｅｎ ｔｈｉｓ ｐｌａｎ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ；ｃｏｎｔｒｏｌ ／ ａｖｉａｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ
加双极性正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）控制技术；详细分析了双降压式半桥逆变器与全桥逆变器相比的优点和双降压式半
桥逆变器的工作模式，以及与电流滞环控制相比双极性 ＳＰＷＭ 技术运用在大功率逆变器的好处；最后介绍了输出
１１５ Ｖ／４００ Ｈｚ／１０ ｋＷ 的实验样机；给出了逆变器的仿真结果和实验数据，证明了该方案实现大功率逆变器的可行性。
关键词： 逆变器；脉宽调制；控制 ／ 航空电源
中图分类号： ＴＭ４６４，ＴＮ８６
文献标识码： Ａ
文章编号： １０００－ １００Ｘ（２００８）０４－ ００６８－ ０３
ＳＰＷＭ Ｃｏｎｔｒ ｏｌ ｕｓｅｄ ｉｎ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｖｅｒ ｔｅｒ
ＳＵＮ Ｙｕｎ－ｋａｉ，ＣＨＥＮ Ｚｈｉ－ｈｕｉ，ＨＯＮＧ Ｆｅｎｇ
当 ＶＳ１ 闭合时，电流分别流过 ＶＳ１，Ｌ１，Ｃ１，此时 Ａ 点电压为＋Ｕｄ；当 ＶＳ１ 断开后，电感电流 ｉＬ１ 经过 ＶＤ１ 续流，Ａ 点电压变成－ Ｕｄ。同理，当 ＶＳ２ 闭合，电 流分别流过 Ｃｆ，Ｌ２，ＶＳ２，此时 Ｂ 点电压为－ Ｕｄ；当 ＶＳ２ 断开后，电感电流 ｉＬ２ 经过 ＶＤ２ 续流，Ｂ 点电压变为 ＋Ｕｄ。因此，分别对 ＶＳ１ 和 ＶＳ２ 进行 ＰＷＭ 控制，即可 在 Ａ 和 Ｂ 两点得到可正可负的双极性电压波形。输 出电压以输入电压的中点为零点，经过电感和电容 滤除高次谐波后，就能得到低谐波含量的正弦电压。 电感电流只流过单方向的电流，ｉＬ１ 提供 Ｃｆ 的充电电 流；ｉＬ２ 提供 Ｃｆ 的放电电流，当两个桥臂同时工作时， 输出电流 ｉｏ 为两个桥臂电流之差即 ｉＬ１－ ｉＬ２。由此可 见，续流电流流过独立的续流二极管，因此可分别使 功率开关管和续流二极管得到最优设计，也可大幅 降低相应的开关损耗。
５．２４ Ｖ／４００ Ｈｚ 时，ｕｏ 的大小随负载阻值 ＲＬ 的变小而
变换的情况。
表 １ ｕｒ 一定时各参数的变化
１
２
３
４
５
负载阻值 ＲＬ／Ω 空载 ６．４ ３．７
２
１பைடு நூலகம்
负载电流 ｉＬ／Ａ
０ １７．６ ２９．２ ５３ １０２
输出电压 ｕｏ／Ｖ １１４．２ １１２．５ １０８．４ １０６ １０２
５结论
由于 ＳＰＷＭ 是恒频线性控制，可以使主电路的
波交截后产生 ＳＰＷＭ 的开关信号，以控制主电路中 的功率管。在主电路中，滤波器的前端形成双极性 ＳＰＷＭ 的调制电压 ｕＡＢ，该电压经 ＬＣ 交流滤波器滤 成较为理想的正弦输出电压，以保证输出电压的稳 定。对 ＳＰＷＭ 调制环节而言，输入信号是正弦控制 的等效正弦 ＰＷＭ 调制电压，所以从电流误差信号 到功率开关后接等效为一个比例系数 Ｋ 的比例环 节。上述理论分析可通过 Ｓａｂｅｒ 仿真软件进行验证。
与电流滞环控制方式相反的是 ＳＰＷＭ 的恒频 线性控制，通过设置三角载波的频率，可以控制开关 频率，以达到 ＩＧＢＴ 开关频率的要求。根据控制信号 的极性不同，ＳＰＷＭ 控制技术可分为单极性和双极 性两种。前者指在一个载波周期内，逆变桥的输出电 压即两桥臂中点间电压 ｕＡＢ 只有零和正电压或零和 负电压；后者指一个载波周期内，ｕＡＢ 既有正电压，又 有负电压［３］。这里研究的逆变器采用电压、电流瞬时 值反馈双闭环控制，其控制框图见图 ２［４］。其中，电压 调节器为 ＰＩ 调节；电流调节器的调制环节由 ＰＷＭ 信号生成电路和功率电路组成。输出电压反馈信号 ｕｒ 的瞬时值误差形成调节信号，经过电压调节器后 作为电流给定信号 ｉｇ 和滤波电感电流反馈信号 ｉｆ 的 误差信号，再经过电流调节器信号，该信号与三角载
第 ４２ 卷第 ４ 期 ２００８ 年 ４ 月
电力电子技术 Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｖｏｌ．４２， Ｎｏ．４ Ａｐｒｉｌ， ２００８
ＳＰＷＭ控制技术在双 Ｂｕｃｋ 逆变器中的应用
孙运凯， 陈志辉， 洪 峰 （南京航空航天大学，江苏 南京 ２１００１６）
摘要： 以研制用于新型航空地面电源的逆变器为对象，研究了双降压式半桥逆变电路（Ｄｕａｌ Ｂｕｃｋ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ，简称 ＤＢＩ）
３ ＳＰＷＭ 控制及双 Ｂｕｃｋ 逆变器仿真结果
众所周知，电流滞环控制逆变器具有很好的稳 定性，其电流内环高度稳定，系统中由滤波器引起的 不稳定不复存在。采用电流滞环控制的双 Ｂｕｃｋ 逆 变器正常工作时，无需任何偏置电流，同时可以克服 电感电流断续造成的电压失真，保证逆变器在较高 效率和频率下工作，所以小功率的双 Ｂｕｃｋ 逆变器 一般采用电流滞环控制方式，但电流滞环型逆变器 是变频调制的，输出调制波中的频谱范围较宽，有时 开关频率远不止 ２０ ｋＨｚ，而在这种大功率逆变器中 的开关管采用的是 ＩＧＢＴ。通常 ＩＧＢＴ 的频率不高于 ２０ ｋＨｚ，所以不得不加限频电路，以防止开关频率 ｆｓ 过高而损害 ＩＧＢＴ，这样输出电压就变得很差了［２］，并 且在大功率双 Ｂｕｃｋ 逆变器中采用滞环控制时，逆 变器电感的噪音也会很大。
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第 ４２ 卷第 ４ 期 ２００８ 年 ４ 月
电力电子技术 Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｖｏｌ．４２， Ｎｏ．４ Ａｐｒｉｌ， ２００８
２２０ Ｖ／５０ Ｈｚ 的正弦波。此时的电压波形见图 ３ｄ。
图 ３ｄ 中 ｕｏ 的有效值 ２１８ Ｖ，频率为 ５０ Ｈｚ。
表 １ 给出当逆变器输入电压基准 ｕｒ 为固定值
ＳＰＷＭ控制技术在双 Ｂｕｃｋ 逆变器中的应用
假设器件都是理想的，并且两只滤波电感相 同，设 Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ。首先，分析左半桥臂的情况，当 ＶＳ１ 开通时，其电路方程为 Ｕｄ－ ｕｏ＝ＬｄｉＬ１／ｄｔ；当 ＶＳ１ 关断 时，其电路方程为－ Ｕｄ－ ｕｏ＝ＬｄｉＬ１／ｄｔ。其次，分析右半桥 臂的情况，当 ＶＳ２ 开通时，其电路方程为 ｕｏ－（－ Ｕｄ）＝ ＬｄｉＬ２／ｄｔ；当 ＶＳ２ 关断时，其电路方程为 ｕｏ－ Ｕｄ＝ＬｄｉＬ２／ｄｔ。 又因为 ｉｏ＝ｉＬ１－ ｉＬ２，所以当两个开关管同时工作时，电 路中存在一个偏置电流，指不流向负载，而只在两滤 波电感与输入电源之间流动的环流。当 ｉｏ 为正向时， 偏置电流等于 ｉＬ１－ ｉｏ，此时偏置电流等于 ｉＬ２；当 ｉｏ 为 负向时，偏置电流等于 ｉＬ２－ ｉｏ，此时偏置电流等于 ｉＬ１。 若电路中加入一个偏置电流，两个桥臂就同时工作， 且电路始终处于电流连续状态下，电流就不存在非 线性的电流断续区，因此可以应用等频线性控制方 法，且充分利用电感电流纹波相互抵消的作用。当 然，要用偏置电流来保证滤波电感电流的连续，会增 大功率管和滤波电感的通态损耗和开关损耗，这将 影响系统的效率。
设计参数简单，而且调制的谐波频谱固定。当开关管
选为 ＩＧＢＴ 时，就无需限频电路，输出电压会具有较