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(1.西京學(xué)院，西安 710123；2.西安弘傳科技開發(fā)有限責(zé)任公司，西安 710001)

0 引言

隨著電力電子技術(shù)﹑計算機(jī)技術(shù)﹑自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器技術(shù)之源成為目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一。逆變是變頻器技術(shù)的核心。方波輸出的逆變器效率雖然高，但對于都是為正弦波電源設(shè)計的電器來說，還是存在諸多問題，要么不適用，要么用起來電器的性能會變差，因此研究輸出高質(zhì)量正弦波的變換器就顯得十分重要。

正弦波變換器應(yīng)用非常廣泛，尤其是在不間斷電源(Uninterruptible Power Supply， UPS)中，它主要用于那些對交流電質(zhì)量要求比較高的場合，如銀行﹑證券交易所的計算機(jī)系統(tǒng)，醫(yī)療設(shè)備，辦公自動化設(shè)備(Office Automation)等等。目前有很多設(shè)備采用DC/DC(或AC/AC)變換器升高到一個較高的電壓等級，再用DC/AC(或AC/AC)變換為所需交流電壓，然后并網(wǎng)或供給負(fù)載[1]。這種方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜﹑保護(hù)要求高并且實施控制難度大。

本文在低頻脈寬調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用TMS320F2812DSP單片機(jī)控制輸出高頻PWM信號，調(diào)制得SPWM脈沖序列，濾波升壓后獲得高品質(zhì)正弦波；驅(qū)動電路采用體積小、可靠性高的M57959L模塊；用放電阻止型RCD緩沖電路作過壓保護(hù)，并且在逆變輸出處加LC帶阻濾波器來減小載波頻率諧波的影響，再經(jīng)RLC低通濾波器，保證正弦變換器輸出高質(zhì)量正弦波，給出了仿真及實驗結(jié)果。

1 主電路拓?fù)浼癝PWM產(chǎn)生原理

圖1 正弦變換器主電路結(jié)構(gòu)框圖

圖2 單極倍頻SPWM調(diào)制原理圖

在這里SPWM的具體實現(xiàn)，參考文獻(xiàn)2中基于模型目標(biāo)代碼自動生成的方法，TMS320F2812DSP為控制芯片，用Target Support Package T2建立SPWM控制模型，在Simulink環(huán)境下進(jìn)行算法仿真并生成代碼，最后下載到控制芯片DSP中運行，實現(xiàn)起來簡單方便[2]。

2 逆變器的驅(qū)動與保護(hù)

2.1 驅(qū)動電路

隨著電子科技的發(fā)展，電子元器件集成化越來越高，綜合考慮實現(xiàn)快捷、生產(chǎn)成本、變頻器性能和體積等因素后，本文采用M57959L型IGBT驅(qū)動模塊[3]。IGBT驅(qū)動電路連接圖如圖3所示，IGBT控制信號由13引腳輸入，經(jīng)隔離放大后送給功率管柵極，并且模塊內(nèi)部設(shè)有保護(hù)電路，若工作時發(fā)生過流時，8引腳就會輸出故障信號，送給控制器DSP，然后由DSP做相應(yīng)控制處理操作。

圖3 IGBT驅(qū)動電路連接圖

2.2 過電壓保護(hù)

IGBT開關(guān)速度快，保證了變頻器的高頻化的同時也帶來了很高的、并引發(fā)關(guān)斷浪涌電壓。過電壓保護(hù)電路也稱緩沖電路，是逆變器的重要部分。本文采用放電阻止型緩沖電路[4]，如圖4所示。

圖4 放電阻止型緩沖電路

放電阻止型緩沖電路對關(guān)斷浪涌電壓有很好的抑制作用，最適合高頻交換用途。

關(guān)斷浪涌電壓的峰值VCE和阻值分別如下

VCE=Ud+VFM+(-Ls×dIc/dt)

(1)

緩沖電路中緩沖電容器電容值為

緩沖二極管應(yīng)選瞬態(tài)正向電壓低、反向回復(fù)時間短、反向恢復(fù)平順的二極管。

3 濾波器

濾波器是輸出電壓為正弦波的檢驗設(shè)備，逆變輸出電壓的傅里葉展開式為

(2)

式中，m—幅值調(diào)制比，0≤m<1；ωs—調(diào)制波角頻率；ωc—載波角頻率；k=1，2，3…。

式(2)中的第1項為基波成分，幅值為Udm；第2項為諧波成分，把它定義為Q。根據(jù)貝塞爾公式[5]

將式子Q展開得

(3)

圖5 濾波器原理圖

4 實驗結(jié)果

單極倍頻SPWM控制的正弦變換器仿真參數(shù)[8]：額定容量1.5kVA，輸入電壓24V DC,輸出電壓220V/50Hz,變壓器匝數(shù)比N1∶N2=1∶11，開關(guān)頻率40kHz，逆變橋功率開關(guān)驅(qū)動信號如圖6所示；逆變器輸出電壓波形如圖7所示；正弦變換器輸出電壓波形如圖8所示；FFT諧波分析圖如圖9所示。總諧波畸變率THD=0.24%,輸出電壓波形正弦性很好，證實了該設(shè)計方案的可行性。

圖6 逆變橋功率開關(guān)驅(qū)動信號

圖7 逆變器輸出電壓波形

圖8 正弦變換器輸出電壓波形

圖9 FFT諧波分析圖

5 結(jié)語

本文分析了單極性倍頻SPWM調(diào)制原理，用TMS320F2812DSP單片機(jī)作為控制芯片實現(xiàn)了工作頻率的高頻化﹑控制技術(shù)的數(shù)字化；IGBT驅(qū)動電路采用閉環(huán)控制方式和模塊化結(jié)構(gòu)，有效地提高了正弦變換器的可靠性，減小了裝置體積；高頻正弦變換器中設(shè)置了過流保護(hù)電路和過壓保護(hù)電路，提高了變換器工作可靠性，并且用LC帶阻濾波器和RLC低通濾波器進(jìn)行雙重濾波，保證變換器輸出為高品質(zhì)正弦波。

本文介紹了一種電動機(jī)控制使用的功率正弦變換器的實現(xiàn)方法，詳細(xì)地說明了主電路設(shè)計與實現(xiàn)，并通過仿真和實驗證實了所提方案的正確性。

[1] 王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.1.

[2] 韋保泉，胡文華.單相橋式逆變器SPWM目標(biāo)代碼自動生成研究[J].電力電子技術(shù)，2009.11.

[3] 趙占西，李崢，趙建華.IGBT驅(qū)動模塊EXB841和M57959L的分析[J].機(jī)電一體化，2008.

[4] 陳道煉.DC-AC逆變技術(shù)及其應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.11.

[5] 陳國呈.PWM逆變技術(shù)及應(yīng)用[M].中國電力出版社，2007.7.

[6] Chen Xiyou,Yan Bin,Gao Yu.The Engineering Design and Optimization of Inverter Output RLC Filter in AC Motor Drive System[C].IEEE2002,28th. AnnualConference,Sevitla,Spain,2002:175-180.

[7] 賀映光，任小洪，方剛，等.單相PWM逆變器輸出濾波器優(yōu)化設(shè)計[J].電氣傳動，2010.