全桥逆变单极性spwm控制方式过零点振荡的研究

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1、全桥逆变单极性SPWM控制方式过零点振荡的研究

2、第1...lunouseg(this)">图1全桥逆变器拓扑2单极性双边SP控制方式单极性逆变有两种产生SP的方法，分为单极性单边SP控制方式和单极性双边SP控制方式，文献1对此有比较详尽的介绍，这里只介绍过零点特性较好的双边控制方式，这种方式对于单边控制方式仍然有效。在单极性双边SP控制方式中，给定的载波信号按正弦方式变化，三角调制波信号，当输出电压为正时三角波为正，输出电压为负时三角波为负，如图2所示。高频臂上管S3的开关由载波与调制波相比较决定，载波幅值大于调制波则开通，载波幅值小于调制波则关断，除去死区时间，高频臂上管S3与高

3、频臂下管S4的开关完全互补。这样即可得到SP规律的高频臂开关信号，实现逆变器的正弦波输出。500)this.style.ouseg(this)">图2单极性双边SP控制方式开关信号的产生3过零点振荡分析图3为双边SP控制方法在过零点附近的SP示意图。图中E1理论上为跟基准（电压波形）同相位的误差信号，由于在电压环和电流环两个环节中存在积分环节，实际的误差信号E2会与基准信号相差一个相位。图3中SP1是理论上的高频臂上管（S3）的驱动信号，SP2则是实际的高频臂上管（S3）的驱动信号。1）t0～t1区间由图3可以看到，在t0～t1区间，由于给定的低频臂信号为高电平1，对应主电路低频臂

4、下管（S2）导通，图3中SP对应的高频臂上管（S3）的驱动信号，当误差信号（E1或E2）大于三角波，比较器输出高电平，小于则输出低电平，以此获得SP1或SP2。由图3可以知道在t0～t1区间，输出正弦波由正逐渐变为0。由于E2滞后于理想的误差信号E1，在t1时刻正半波向负半波转变时E2会大于E1，造成的影响就是过零点附近实际的占空比SP2要大于SP1。理论上此时的正弦波输出逐步减小到零，到零后再进行低频臂的切换，而事实上并不是降到零就会进行低频臂的切换。2）t1～t2区间实际的输出误差信号E2滞后于E1一个相位，在该相位内，误差信号E2为正，始终大于调制波信号，因此高频臂上管（S3

5、）始终开通，下管（S4）始终关断。在该时段内，SP偏离了正弦波调制的规律，因此输出也就无法维持正弦波规律。这个时段与控制环的参数有关，一般在数百μs左右，表现为正弦波在过零点有一个振荡。500)this.style.ouseg(this)">图3双边SP控制在过零点附近的SP示意图4过零点振荡的观察结果以一个单极性双边SP控制的110V/25Hz逆变器为例。电流环的输出如图4所示，在过零点处有一个很明显的振荡。将该振荡展开，如图5所示，CH1为电流环输出，CH2为低频臂信号。可见在低频臂切换后，电流环的输出会有一个过冲，这个过冲会达到运放的饱和值，持续时间100～200μs。这个控

6、制信号过冲在逆变输出中的表现为过零点有一个过冲，从正向到负向的切换表现为向下的过冲，负向到正向的切换表现为一个向上的过冲，大为影响了输出波形的平滑性。逆变输出过零点的观察结果如图6。过冲的峰值达到了22V，相对于110V的峰值电压156V，扰动相对值为14％。由实验观察可以比较出，电压环在低频臂切换点的响应很微弱，不足以造成大的振荡。由于电流环则因为其快速反应的特性，出现了饱和现象，而电流环的输出直接送至P发生器，因此会直接反映在逆变器的输出上。500)this.style.ouseg(this)">图4电流环的输出波形500)this.style.ouseg(this)">图5过

7、零点电流环输出500)this.style.ouseg(this)">（a）上升沿（b）下降沿图6逆变过零点的输出5解决方案由上面的分析可知，对于单极性SP全桥逆变器，由于它的电流环和电压环都存在积分环节，因此，误差信号相对于给定信号不可避免存在一个延迟，这个延迟在非零点附近不会对系统的输出造成影响。但是，在过零点附近，由于单极性SP需要换向，积分环节的延迟就会造成一个振荡。这是由控制系统本身缺陷所致，若要消除该振荡，就需要改进控制系统，以消除积分环节延迟的影响。图7所示为电流环积分电容上的电压，在低频臂切换后出现了一个过冲。这是因为在切换点电流环的快速切换，需要运放在大约100～

8、200μs里传递一个较大的能量，而积分电容吸收了这部分能量，造成运放的输出端不能快速地跟踪这个转换。500)this.style.ouseg(this)">图7电流环积分电容上的电压因此，如果在切换点使电流环在约100μs的时段内由积分环节变为比例环节，将会有效地避免这个充放电过程，从而避免了运放输出点的过冲，也避免了逆变器过零点的振荡。图8提出了一种解决过零点振荡的调整电路方案。在该过零点调整电路中引入了G1、G2信号（低频臂的上下桥臂的驱动信号），它们在低频臂上下