单相pwm整流器直接电流控制策略的研究

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1、单相PWM整流器直接电流控制策略的研究【摘要】通过对单相PWM整流器的控制思路的提出，分析并总结了单相PWM整流器直接电流控制的儿种控制策略，分析了每种策略的工作原理和优缺点，并总结和展望了单相PWM整流器直接电流控制技术的发展趋势。【关键词】单相PWM整流器；直接电流控制1.刖S随着电力电子技术的发展，功率电子设备的应用越来越广泛，致使大量的非线性负载涌入电网，给电力系统的电压和电流都带來了越來越严重的谐波污染。而PWM整流器提高了系统的功率因数，降低了对电网的谐波污染，得到了人们的重视。根据输入电感电流状态PWM整流器可分为电流断续工作模式(DCM)和电流连

2、续工作模式(CCM),山于CCM模式具有输入输出电流纹波小、滤波容易、器件导通损耗小、适用于大功率场合等优点，得到了更多地关注。在CCM模式中，根据是否直接选取瞬态电感电流作为反馈量，又可分为直接电流控制和间接电流控制。间接电流控制结构简单、无需电流传感器，但是它最人的缺点是电流动态响应缓慢，其至交流侧电流中含有直流分量，且对系统参数波动较敏感。相对于间接电流控制，直接电流控制把整流器的输入电流作为反馈和被控量，形成电流闭环控制，使电流动、静态性能得到了提高，同时也使网侧电流控制対系统参数不敏感，从而增强了电流控制系统的鲁棒性［2］［3］。所以，直接电流控制技术

3、有着非常广阔的应用前景和使用价值。2.单相电压PWM整流器原理框图单相电压型PWM整流器的拓扑结构如图1所示，它主要由三部分组成:交流回路、功率开关桥路、直流回路。其中交流回路包括•交流电动势、网侧电阻及网侧电感等；直流冋路包括由电感和电容组成的串联谐振电路用来滤除电网的2次谐波分量、滤波电容及负载等；功率开关桥路由四个反并联二极管的1GBT组成［1］。单相PWM逆变器的控制思路是：在保证直流侧电压稳定的情况下，使交流侧的电流与电压尽可能的保持同相位，从而使交流侧的功率因数为1。3.单相PWM整流器直接电流控制技术分析直接电流控制根据控制方式的不同，又可分为滞环

4、电流控制、峰值电流控制、预测电流控制、平均电流控制、状态反馈控制单周控制等。3.1峰值电流控制峰值电流控制的原理是实时比较实际电流和指令电流瞬时值的大小，指令电流值是实际电流的上限，实际电流一旦达到这个上限，立刻转而向下衰减，电感值的大小，线路的阻抗和脉宽调制的开关频率影响了这一衰减的最终值。其控制原理框图如下。峰值电流的优点：①暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快；②控制环易于设计；③输入电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相妣美；④简单自动的磁通平衡功能；⑤瞬时峰值电流限流功能，即内在固有的逐个脉冲限流功能；⑥自动均流并联

5、功能。缺点有：①占空比大于5%时开环不稳定性，峰值电流与平均电流的误差难以校正；②闭环响应不如平均电流模式控制理想；③占空比大于0.5时系统产生次谐波振荡；④对噪声敏感，抗噪声性差；⑤电路拓扑受限制；⑥对多路输出电源的交互调节性能不好［4］。3.2滞环电流控制滞环电流控制方式作为峰值电流控制方式的改进，只是增加了一条限制电流衰减的下限。其原理仍然是指令电流和实际电流的实时值比较，实际电流达到上限指令电流，随即转入衰减，衰减至下限指令电流，重新开始上升，如此反复，实际电流将是一条在上下限指令电流跳动的锯齿波。其控制原理图如图3所示，图中将指令电流和实际电流进行比较

6、，两者的偏差△作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生控制电路主电路中开关通断的PWM信号，该PWM信号经驱动电路控制功率器件的通断，从而控制电流的变化。滞环电流控制的优点是结构简单，实现容易，具有很强的鲁棒性和快速动态响应能力。缺点是开关频率不固定，滤波器设计困难，需要对电感电流全周期的检测和控制。3.3平均电流控制平均电流控制的工作原理是将电感电流信号与锯齿波信号相加，当两信号之和超过基准电流时，开关管关断，当其和小于基准电流时，开关管导通。取样电流来自实际输入电流而不是开关电流。其控制原理图如图4。平均电流控制的优点是：①平均电感电流能够高度精确地跟踪电流

7、编程信号；②调试好的电路抗噪声性能优越；③适合于任何电路拓扑対输入或输出电流的控制；④易于实现均流。缺点是：①电流放大器在开关频率处的增益有最大限制；②双闭环放大器带宽、增益等配合参数设计调试复杂⑸。3.4预测电路控制预测电流控制的原理是在每个调节周期开始时通过对输入、输出电压和输入电流的采样，根据实际电流和参考电流的误差，选择优化的电压矢量作用于下一个周期，使实际电流在一个周期内跟踪上参考电流，实现稳态无误差。预测电流控制原理框图如图5所示，其中为给定电压,为直流侧反馈电压。这种控制的优点：开关频率固定，动态性能良好，电流谐波小，器件开关应力小，数字实现简单。

8、缺点：要求较高的采样频率