專利名稱：對逆變器進(jìn)行變環(huán)寬滯環(huán)電流控制的方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種逆變器控制方法，尤其涉及一種變環(huán)寬的滯環(huán)電流控制方法及相應(yīng)的實現(xiàn)該方法的硬件電路。
背景技術(shù)：
電流控制兩態(tài)調(diào)制系統(tǒng)利用逆變器實際電流信號與電流給定信號相比較，若實際電流超過給定值一定范圍，即通過改變逆變器的開關(guān)狀態(tài)來控制電流的增減，以實現(xiàn)實際電流對電流給定的快速跟蹤。電流控制兩態(tài)系統(tǒng)還具有內(nèi)在的限流保護(hù)能力。通常逆變器采用雙環(huán)控制，由于電流內(nèi)環(huán)的高度穩(wěn)定性，電壓外環(huán)可以做到高增益，系統(tǒng)輸出電壓精度高，動態(tài)性能得到提高。電流內(nèi)環(huán)等效為一個很好的受控電流放大器，所以采用這種系統(tǒng)的變流器或其它裝置可以很好地并聯(lián)運行?；谝陨蟽?yōu)點，電流控制技術(shù)在逆變電源、交流調(diào)速和有源濾波等場合得到了廣泛的應(yīng)用。但滯環(huán)電流控制也存在開關(guān)頻率不固定的缺點。人們?yōu)榭朔@一缺點做了大量的研究工作采用鎖相環(huán)技術(shù)將開關(guān)信號與一頻率固定的方波信號相比較，得到其相位差后經(jīng)過比例積分環(huán)節(jié)得到期望的滯環(huán)比較器環(huán)寬；在控制回路中增加前饋補償環(huán)節(jié)對電流誤差進(jìn)行校正；通過三相解耦后選取優(yōu)化電壓矢量調(diào)節(jié)滯環(huán)寬度，在電機(jī)調(diào)速、有源濾波等場合實現(xiàn)了滯環(huán)電流控制的定頻化，但這種方法不能應(yīng)用到單相的場合。以上方法需要增添控制環(huán)節(jié)以及額外的參數(shù)設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計困難，控制復(fù)雜；同時需要對系統(tǒng)一些變動參數(shù)進(jìn)行預(yù)估；由于僅選用了最佳接近的空間矢量來參與控制，開關(guān)頻率仍有波動，只能實現(xiàn)近似的恒頻。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有定環(huán)寬滯環(huán)電流控制技術(shù)的不足，提出一種既保留傳統(tǒng)滯環(huán)電流控制優(yōu)點，又實現(xiàn)開關(guān)頻率恒定的逆變器電流控制方法。
2、技術(shù)方案為了達(dá)到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明的方法將傳統(tǒng)的滯環(huán)電流控制的固定環(huán)寬由可變環(huán)寬取代，通過調(diào)節(jié)環(huán)寬來控制逆變器開關(guān)頻率并使其恒定。具體包含以下兩個步驟第一步是環(huán)寬計算，是根據(jù)來自逆變器的輸入、輸出電壓反饋值，按照開關(guān)頻率與輸入電壓、輸出電壓、電感量值、滯環(huán)環(huán)寬參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系[見(1)式]，通過環(huán)寬計算環(huán)節(jié)的實時運算[見(2～6)式]，得到滯環(huán)環(huán)寬信號，再將該環(huán)寬信號發(fā)出送到變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)，該變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)的另一輸入量為逆變器電流誤差信號，由變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)進(jìn)行邏輯運算[見(7)式]，得到脈寬調(diào)制信號輸出，驅(qū)動逆變器主電路開關(guān)管動作。
f=Ud2-uo24hLUd---(1)]]>k＝H-Δh (2)H＝K1Ud(3)Δh=K2uo2---(4)]]>K1=14FL---(5)]]>K2=14FLUd---(6)]]>di=UH,Δi<-hdi-1,-h<Δi<hUL,ΔΔi>h---(7)]]>上述式子中的主要符號名稱di——脈寬調(diào)制信號即變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)輸出。di-1——變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)的前一次輸出。f——逆變器開關(guān)頻率。F——逆變器開關(guān)頻率設(shè)定值。h——滯環(huán)環(huán)寬。H——環(huán)寬直流分量。Δh——環(huán)寬交流分量。Δi——電流誤差信號。L——逆變器濾波電感值。K1——計算環(huán)寬直流分量用系數(shù)。K2——計算環(huán)寬交流分量用系數(shù)。Ud——逆變器輸入電壓即直流側(cè)母線電壓。Uo——逆變器輸出電壓。UH——邏輯高電平。UL——邏輯低電平。
以上環(huán)寬計算環(huán)節(jié)和變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)均可選用硬件電路或軟件程序?qū)崿F(xiàn)，具體描述如下對逆變器進(jìn)行變環(huán)寬滯環(huán)電流控制的方法的電路包括環(huán)寬調(diào)節(jié)電路和變環(huán)寬滯環(huán)比較器，其中，環(huán)寬調(diào)節(jié)電路中，來自逆變器的輸入電壓即母線電壓反饋信號經(jīng)過跟隨器(X1)、比例放大器(X2)處理后輸入減法器的正端，來自逆變器的輸出電壓反饋信號經(jīng)過乘法器、比例放大器(X3)處理后輸入減法器的負(fù)端，經(jīng)減法器和比例放大器(X4)處理后得到環(huán)寬信號；在變環(huán)寬滯環(huán)比較器中，來自環(huán)寬調(diào)節(jié)電路輸出的環(huán)寬信號分為兩路，其中一路環(huán)寬信號經(jīng)跟隨器(X5)輸入比較器(X6)的正端，另一路環(huán)寬信號經(jīng)反相器輸入比較器(X7)的負(fù)端來自逆變器的電流誤差信號分為兩路，其中一路輸入比較器(X6)的負(fù)端，另一路輸入比較器(X7)的正端，比較器(X6)和比較器(X7)的輸出信號分別輸入觸發(fā)器的R、S端，經(jīng)處理后得到逆變器的兩路驅(qū)動信號。
上述的環(huán)寬計算環(huán)節(jié)可用環(huán)寬計算程序?qū)崿F(xiàn)先根據(jù)采樣到的逆變器母線電壓值乘以相應(yīng)系數(shù)K1得到環(huán)寬直流分量H，再根據(jù)采樣到的逆變器輸出電壓瞬時值先進(jìn)行平方運算再乘以相應(yīng)系數(shù)K2得到環(huán)寬交流分量Δh，再將環(huán)寬直流分量H減去環(huán)寬交流分量Δh得到環(huán)寬信號h。
上述的滯環(huán)比較環(huán)節(jié)可通過計算程序?qū)崿F(xiàn)將采樣到的逆變器電感電流瞬時值iL減去逆變器電壓環(huán)輸出即電流環(huán)基準(zhǔn)ir得到電流誤差信號Δi，將電流誤差信號和環(huán)寬調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的計算輸出結(jié)果即環(huán)寬信號h進(jìn)行比較，若電流誤差信號大于環(huán)寬信號，輸出低電平的脈寬調(diào)制信號，關(guān)斷逆變器開關(guān)管，若電流誤差小于負(fù)的環(huán)寬信號，輸出高電平的脈寬調(diào)制信號，開通逆變器開關(guān)管，若電流誤差信號在正負(fù)環(huán)寬信號之間，維持脈寬調(diào)制信號原有電平不變。
本發(fā)明的特點在于動態(tài)計算平滑調(diào)節(jié)滯環(huán)比較器滯環(huán)環(huán)寬的大小，在實現(xiàn)逆變器濾波電感電流跟蹤電流基準(zhǔn)變化功能的同時，實現(xiàn)開關(guān)管開關(guān)頻率的恒定。通過DSP數(shù)字處理芯片或硬件電路采樣逆變器輸入、輸出電壓參數(shù)，根據(jù)開關(guān)頻率與輸入電壓、輸出電壓、電感量值、滯環(huán)環(huán)寬參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，通過實時運算，得到滯環(huán)環(huán)寬信號，將該環(huán)寬信號發(fā)出送到變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)，該變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)的另一輸入量為逆變器電流誤差信號，由變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)進(jìn)行邏輯運算，得到脈寬調(diào)制波形，驅(qū)動逆變器主電路開關(guān)管動作。以上功能可以通過DSP數(shù)字處理芯片軟件編程的方法來實現(xiàn)，也可以通過上述的純硬件電路來實現(xiàn)；或者通過軟硬件結(jié)合的方法，由軟件完成滯環(huán)環(huán)寬運算，將環(huán)寬信號送到硬件變環(huán)寬滯環(huán)比較器電路來實現(xiàn)。
3、有益效果本發(fā)明的優(yōu)點是(1)保留了傳統(tǒng)定環(huán)寬滯環(huán)電流控制的特點。這意味著變環(huán)寬滯環(huán)電流控制逆變器保持了高穩(wěn)定性、快速動態(tài)性能、內(nèi)在電流限制等優(yōu)點；(2)實現(xiàn)了滯環(huán)電流控制逆變器開關(guān)頻率的恒定，解決了由于開關(guān)頻率變化而造成的逆變橋輸出電壓頻譜分布廣，因而濾波器設(shè)計困難的難題，有利于輸出濾波器的優(yōu)化設(shè)計、體積重量的減小。
四

圖1是變環(huán)寬滯環(huán)電流控制逆變器系統(tǒng)框圖；圖2中(a)為采用定環(huán)寬滯環(huán)電流控制的關(guān)鍵波形，(b)為采用本方法的變環(huán)寬滯環(huán)電流控制的關(guān)鍵波形；
圖3是環(huán)寬調(diào)節(jié)電路示意圖；圖4是變環(huán)寬滯環(huán)比較器示意圖；圖5是實現(xiàn)環(huán)寬計算環(huán)節(jié)的環(huán)寬調(diào)節(jié)程序流程圖；圖6是實現(xiàn)滯環(huán)比較器的程序流程圖。
五具體實施例方式
如圖1所示，采用本實施例的變環(huán)寬滯環(huán)電流控制方法的逆變器系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的定環(huán)寬滯環(huán)比較器用一個環(huán)寬可控的變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)取代，增加了環(huán)寬計算環(huán)節(jié)，根據(jù)來自逆變器的母線電壓Ud和輸出電壓uo的反饋值，根據(jù)開關(guān)頻率與母線電壓Ud、滯環(huán)寬度h、輸出電壓uo以及濾波電感L的關(guān)系，通過計算，得出要維持開關(guān)頻率恒定所需要的滯環(huán)環(huán)寬h的值，環(huán)寬計算的具體步驟如下1)按照前述式(5)和式(6)計算系數(shù)K1和K2；2)母線電壓乘上系數(shù)K1得到環(huán)寬直流分量H；3)計算輸出電壓平方Uo2；4)輸出電壓平方乘系數(shù)K2得到環(huán)寬交流分量Δh；5)直流分量減去交流分量得到環(huán)寬h。
將該環(huán)寬信號h輸出到變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)，變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)根據(jù)來自逆變器的電流誤差信號Δi和環(huán)寬信號h進(jìn)行邏輯判斷，得到脈寬調(diào)制信號d，驅(qū)動逆變器開關(guān)管工作。變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)邏輯判斷具體細(xì)節(jié)是比較電流誤差信號Δi和環(huán)寬信號h以及環(huán)寬信號的負(fù)值-h，輸出以下三種情況中的一種作為脈寬調(diào)制信號dA)若電流誤差信號Δi大于環(huán)寬信號h，輸出邏輯低電平；B)若電流誤差信號Δi小于環(huán)寬信號負(fù)值-h，輸出邏輯高電平；C)若電流誤差信號Δi位于-h和h之間，維持原輸出電平不變。
本電路的關(guān)鍵波形如圖1(b)所示。計算出來的滯環(huán)環(huán)寬信號h可以分解為兩部分第一部分為直流偏量H，大小同母線電壓成比例；第二部分為交流分量Δh，波動頻率為輸出電壓兩倍，大小同輸出電壓瞬時值平方成比例。
如圖3、圖4所示，本實施例的對逆變器進(jìn)行變環(huán)寬滯環(huán)電流控制的方法的電路包括環(huán)寬調(diào)節(jié)電路和變環(huán)寬滯環(huán)比較器，其中，環(huán)寬調(diào)節(jié)電路中，來自逆變器的輸入電壓即母線電壓反饋信號經(jīng)過跟隨器X1、比例放大器X2處理后輸入減法器的正端，來自逆變器的輸出電壓反饋信號經(jīng)過乘法器、比例放大器X3處理后輸入減法器的負(fù)端，經(jīng)減法器和比例放大器X4處理后得到環(huán)寬信號。變環(huán)寬滯環(huán)比較器中，來自環(huán)寬調(diào)節(jié)電路輸出的環(huán)寬信號分為兩路，其中一路環(huán)寬信號經(jīng)跟隨器X5輸入比較器X6的正端，另一路環(huán)寬信號經(jīng)反相器輸入比較器X7的負(fù)端；來自逆變器的電流誤差信號分為兩路，其中一路輸入比較器X6的負(fù)端，另一路輸入比較器X7的正端，比較器X6和比較器X7的輸出信號分別輸入觸發(fā)器的R、S端，經(jīng)處理后得到逆變器的兩路驅(qū)動信號。
如圖5所示，本實施例中的環(huán)寬調(diào)節(jié)電路可以通過該圖所示的程序?qū)崿F(xiàn)根據(jù)采樣到的逆變器母線電壓值乘以相應(yīng)系數(shù)K1得到環(huán)寬直流分量H，再根據(jù)采樣到的逆變器輸出電壓瞬時值先進(jìn)行平方運算再乘以相應(yīng)系數(shù)K2得到環(huán)寬交流分量Δh，再將環(huán)寬直流分量減去環(huán)寬交流分量得到環(huán)寬信號h。
如圖6所示，本實施例中的變環(huán)寬滯環(huán)比較器電路可以通過該圖所示的程序?qū)崿F(xiàn)將采樣到的逆變器電感電流瞬時值iL減去逆變器電壓環(huán)輸出即電流環(huán)基準(zhǔn)ir得到電流誤差信號Δi，將電流誤差信號和環(huán)寬調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的計算輸出結(jié)果即環(huán)寬信號h進(jìn)行比較，若電流誤差信號大于環(huán)寬信號，輸出低電平的脈寬調(diào)制信號，關(guān)斷逆變器開關(guān)管，若電流誤差小于負(fù)的環(huán)寬信號，輸出高電平的脈寬調(diào)制信號，開通逆變器開關(guān)管，若電流誤差信號在正負(fù)環(huán)寬信號之間，維持脈寬調(diào)制信號原有電平不變。
權(quán)利要求
1.一種對逆變器進(jìn)行變環(huán)寬滯環(huán)電流控制的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟(1)進(jìn)行環(huán)寬計算得到滯環(huán)環(huán)寬信號首先采樣逆變器的輸入、輸出電壓參數(shù)，再根據(jù)開關(guān)頻率與輸入電壓、輸出電壓、電感量值、滯環(huán)環(huán)寬參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，通過環(huán)寬計算環(huán)節(jié)的實時運算，得到滯環(huán)環(huán)寬信號；(2)將所得的環(huán)寬信號發(fā)出送到變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)，該變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)的另一輸入量為逆變器的電流誤差信號，由變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)進(jìn)行邏輯運算，得到脈寬調(diào)制波形，驅(qū)動逆變器主電路開關(guān)管動作。
2.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的對逆變器進(jìn)行變環(huán)寬滯環(huán)電流控制的方法的電路，其特征在于，包括環(huán)寬調(diào)節(jié)電路和變環(huán)寬滯環(huán)比較器，其中，環(huán)寬調(diào)節(jié)電路中，來自逆變器的輸入電壓即母線電壓反饋信號經(jīng)過乘法器(X1)、比例放大器(X3)處理后輸入減法器的正端，來自逆變器的輸出電壓反饋信號經(jīng)過乘法器(X2)、比例放大器(X4)處理后輸入減法器的負(fù)端，經(jīng)減法器和比例放大器(X5)處理后得到環(huán)寬信號；變環(huán)寬滯環(huán)比較器中，來自環(huán)寬調(diào)節(jié)電路輸出的環(huán)寬信號分為兩路，其中一路環(huán)寬信號經(jīng)跟隨器輸入比較器(X6)的正端，另一路環(huán)寬信號經(jīng)反相器輸入比較器(X7)的負(fù)端；來自逆變器的電流誤差信號分為兩路，其中一路輸入比較器(X6)的負(fù)端，另一路輸入比較器(X7)的正端，比較器(X6)和比較器(X7)的輸出信號分別輸入觸發(fā)器的R、S端，經(jīng)處理后得到逆變器的兩路驅(qū)動信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對逆變器進(jìn)行變環(huán)寬滯環(huán)電流控制的方法，同時公開了該方法使用的一種電路，方法包括(1)進(jìn)行環(huán)寬計算得到滯環(huán)環(huán)寬信號；(2)將所得的環(huán)寬信號發(fā)出送到變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)，該變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)的另一輸入量為逆變器的電流誤差信號，由變環(huán)寬滯環(huán)比較環(huán)節(jié)進(jìn)行邏輯運算，得到脈寬調(diào)制波形，驅(qū)動逆變器主電路開關(guān)管動作。其電路環(huán)寬調(diào)節(jié)電路和變環(huán)寬滯環(huán)比較器。本方法保留了傳統(tǒng)定環(huán)寬滯環(huán)電流控制的特點，同時實現(xiàn)了滯環(huán)電流控制逆變器開關(guān)頻率的恒定，解決了由于開關(guān)頻率變化而造成的逆變橋輸出電壓頻譜分布廣，因而濾波器設(shè)計困難的難題，有利于輸出濾波器的優(yōu)化設(shè)計、體積重量的減小。
文檔編號H02M7/5387GK1858982SQ20061004052
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者洪峰, 嚴(yán)仰光, 單任仲, 王慧貞 申請人:南京航空航天大學(xué)