前級(jí)DC隔離電源與逆變電源電路

電源主電路如圖1所示，分上下兩部分，上部分為電壓源部分，下部分為電流源部分，每部分采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)，交流輸入整流濾波后，先經(jīng)過(guò)DC/DC變換，再通過(guò)逆變器輸出。其中DC/DC采用半橋電路用來(lái)提供穩(wěn)定的直流母線電壓，并隔離輸入級(jí)和輸出級(jí)。逆變部分采用了常規(guī)全橋逆變電路，適合于較大功率的應(yīng)用場(chǎng)合。輸出采用兩級(jí)LC濾波器濾除高頻紋波。Lc1、Lc2、Lc3是共模抑制器。電壓源前后級(jí)的高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作很容易引起兩級(jí)間的互相干擾，在母線電壓比較高的時(shí)候尤其明顯。因此在兩級(jí)之間串接共模抑制器Lc1，用來(lái)隔離其相互間干擾。Lc2,Lc3接在輸出端和負(fù)載之間的，作用和Lc1類似，用于抑制高頻共模分量通過(guò)負(fù)載。所不同的是電壓源前級(jí)DC/DC采用全橋整流，電流源采用全波整流。

圖 1  前級(jí)DC隔離電源與逆變電源

3  控制原理與結(jié)構(gòu)

    對(duì)于DC/DC級(jí)的控制，本文采用SG3525控制芯片，簡(jiǎn)單可靠，成本低。

    后級(jí)逆變器采用了雙極性SPWM控制，如圖2所示。通過(guò)高頻三角波和基準(zhǔn)正弦波的比較得到控制開(kāi)關(guān)管的PWM波形。正弦基準(zhǔn)信號(hào)的頻率與輸出正弦波相同，其幅度的變化可以調(diào)制開(kāi)關(guān)的占空比D。幅度調(diào)制比ma定義為[2]

     ma=Vsm/Vcm   （1）

圖2  三 角 波 與 逆 變 器 開(kāi) 關(guān) 控 制 波 形

式中：Vsm是正弦基準(zhǔn)信號(hào)峰值；

      Vcm是三角波的峰值。

    逆變輸出正弦電壓峰值Vom和直流母線電壓Vd的關(guān)系為

    Vom=ma×Vd，ma≤1（2）

    圖3是具體控制原理。為消除輸出諧波，電路采用了電壓、電流雙環(huán)控制，其中，Vf為反饋電壓，If為反饋電流。電壓調(diào)節(jié)環(huán)的輸出作為電流環(huán)的比較基準(zhǔn)，電流環(huán)輸出誤差信號(hào)與三角波信號(hào)比較得到SPWM信號(hào)。由IR2110芯片構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路,由此輸出相位互補(bǔ)的兩路SPWM信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)開(kāi)關(guān)管。為防止上下橋臂直通，兩路SPWM信號(hào)之間必須設(shè)置死區(qū)。保護(hù)電路起到監(jiān)控Vf、If的作用，如果幅值超出閾值，保護(hù)電路將關(guān)閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

圖3  逆變級(jí)控制電路

4  多功能輸出的實(shí)現(xiàn)

    在此電源系統(tǒng)中，電壓源和電流源的控制采用同一控制電路，通過(guò)繼電器切換到不同的工作模式。電壓源工作時(shí)，繼電器K1合，K2開(kāi)（如圖3所示），采用電壓、電流雙環(huán)調(diào)節(jié)控制，基準(zhǔn)信號(hào)為正弦信號(hào)，輸出交流電壓；基準(zhǔn)為直流電平，輸出直流電壓。電流源工作時(shí)，K1開(kāi)，K2合，電壓調(diào)節(jié)環(huán)變?yōu)楦S器，只通過(guò)電流環(huán)調(diào)節(jié)，基準(zhǔn)為正弦信號(hào)，輸出交流電流；基準(zhǔn)為直流電平，輸出直流電流。電壓源和電流源驅(qū)動(dòng)信號(hào)切換是通過(guò)K3來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在電壓源工作方式，關(guān)斷電流源的前級(jí)；在電流源工作方式，關(guān)斷電壓源的前級(jí)，這樣可以防止干擾，提高電路的可靠程度。以上的K1、K2、K3是由數(shù)控電路給出的。

5  占空比限制與輸出交流電壓的削頂

5．1  PI調(diào)節(jié)器輸出限幅的考慮

    由于所采用的專用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110是通過(guò)自舉供電方式來(lái)驅(qū)動(dòng)橋臂上管的(如圖4所示)。所以，在上、下管驅(qū)動(dòng)信號(hào)恒低或恒高時(shí)，給上管供電的自舉電容C1能量得不到補(bǔ)給。當(dāng)電容上的能量放完后，上管關(guān)斷，就會(huì)出現(xiàn)此橋臂無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，無(wú)輸出的現(xiàn)象。尤其是直流電壓時(shí)，常有這一現(xiàn)象。

圖4  逆變級(jí)驅(qū)動(dòng)電路

    在逆變器控制中，PI調(diào)節(jié)器輸出的幅度如果超過(guò)三角波的幅度，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)調(diào)制的現(xiàn)象，此時(shí)，PWM驅(qū)動(dòng)脈寬會(huì)過(guò)窄或過(guò)寬，還會(huì)使上述自舉電路工作不正常。因此，必須對(duì)占空比的最大值與最小值加以限制。

    具體方法是，可以在PI調(diào)節(jié)器的輸出端作一定的限幅（見(jiàn)圖3），使控制電路不出現(xiàn)過(guò)調(diào)制的情況，限制PWM的最大、最小占空比，使IR2110的自舉電容C1能及時(shí)充電。采用限幅的另一個(gè)好處是消除了由于IR2110自舉失敗導(dǎo)致的電路損壞，提高了可靠性。