淺談電力電子電路的數字化控制技術

秦瑜瑞集美大學輪機工程學院

淺談電力電子電路的數字化控制技術

秦瑜瑞
集美大學輪機工程學院

電力電子電路是在各方面都得到保障情況下綜合運用電力、電子等各種先進技術，在這個基礎之上對電能的幅值、相位、頻率等各種參量所實行的電路。由主電路和控制電路這兩部分組成。其中主電路主要用于能量傳遞，控制電路與主電路有明顯不同，其主要是通過觸發信號，以此改變主功率開關管的導通和關斷，以此實現電路輸出的目的。眾所周知，目前我國電力電子電路技術尚處于初級階段，也就是說其工作頻率相對低下、動態響應速度緩慢、電路功率因素低等，從某種意義上來說阻礙了我國電力電子電路技術的發展。新形勢下隨著大功率晶體管、絕緣柵極雙極晶體管等眾多高頻率、全控制型電力電子電路的數字化控制技術的迅猛發展和廣泛應用，正因為這樣使其具有快速運算能力、強大信息儲存能力等優點。本文以分析電力電子電路具有的優勢為切入點，深入探析電力電子電路的數字化控制技術，進而為廣大研究者提供簡單理論支撐。

電力電子電路；數字化控制技術；運用

上述中也提及到電力電子電路技術廣泛應用于電力領域，也就是我們常說的在特定情況下電力電子器件對電能進行變換和控制。從轉換功率的角度出發，一般情況下在1W-1GW之間，其與信息電子技術有明顯不同，信息電子技術是模擬電子技術，主要將其應用于計算機信息處理，而電力電子技術則廣泛應用于電力變換。在查閱相關資料后獲悉，電力電子器件發展歷程可大致分為四個階段：工頻、低頻、中頻到高頻。與之相對應的電力電子電力也由傳統的相位控制向分立元件控制方向轉變，經過很長一段時間的發展已然形成集成控制器。眾所周知，傳統電力電子電路技術采用的是模擬控制，而新形勢下電力電子電路采用的是數字化控制技術，用數字化控制技術代替模擬控制，不僅消除溫度漂移等常規模擬調節器難以克服的缺點，還有助于變參數調整，進而提高系統的安全性和可靠性，而這也成為了本文研究的重點。

一、單片機及其運用

單片微控制器是單片機的又一種代稱，從表面上來說其只是一個邏輯功能的芯片，但是在特定情況下其能夠將計算機集成系統集成到一個芯片上，甚至于可以說一塊微型芯片成就一臺計算機。它不僅具有體積小、質量輕等特點，還為計算機系統軟件開發和應用提供了充實理論依據，自然而然為單片機詳細了解計算機構造和應用原理奠定了基礎。在使用電力電子電路中不難發現，單片機的功能主要表現在運算處理和電壓電流調節方面，關乎整個電路系統的正常運行。再者，電力電子電路數字控制技術實現了一種對DC變換器的全新控制方法——雙調制高頻PWM控制，從某種意義上來說緩解甚至于解決了PWM中高頻與精度兩者之間的矛盾。

單片機除了應用至電力電子電路中，還可以應用到智能儀器表、工業測控等，甚至于在未來極有可能應用至生活家電中。單片機突破了傳統模擬電路的束縛，其通過數字化的控制方法，工作效率得到大幅度提升。但是單片機的控制精度和工作頻率仍存有一對矛盾急需解決，如要解決這一問題，需要更為先進的電路技術，正因為這樣DSP出現。

二、SG3525芯片及其應用

眾所周知，SG3525是一款性能優秀、功能齊全、性價比極高的單片繼承PWM控制芯片，SG3525具有電源欠壓保護、確保驅動過流安全性、軟啟動控制等各項功能。在實際應用過程中充分考慮到SG3525芯片大多是由驅動電路構成，加上其與主開關變換器距離較近，如若沒有處理好兩者之間關系，變換器將會受到電磁干擾，直接影響到驅動脈沖的頻率。基于此，在電力電子電路中，需要增大內部振蕩器的充電電容，只有這樣才能降低放電電阻，保證后續工作的順利進行，從某種意義上來說能夠減少SG3525芯片驅動脈沖發生錯誤的機率。對于電力電子電路來說，在無特殊情況下，驅動電路大多表現為隔離室驅動，但是在實際中卻發現SG3525的驅動能力無法滿足電力電子電路高層次要求，這就需要在使用過程中，增加放大電路，保證線路傳輸的安全性和完整性。

三、可編程門列陣及其應用

FPGA是可編程門列陣的縮寫，其是在傳統GAL、EPLD編程器基礎上不斷發展的產物，更是適應新形勢下專用集成電路發展的需要。一定程度上解決了定制電路存在的不足，還彌補了傳統可編程器件門電路數有限的缺點。隸屬于可重構器件的范疇，加上內部邏輯功能能夠依據使用者需要重新設定，使其具有集成度高、處理速度快等優點，而這也正是其廣泛應用的又一原因。可編程門列陣可簡要概括為三個部分：可編輯邏輯快、可編程I/O模塊、可編程內部連線。鑒于可編程門列陣集成度比較高，例如：在一片可編程門列陣中至少有幾千個等效門，而通過可編程門列陣能夠將這些極具復雜的邏輯系統化、科學化處理，進而實現多塊集成電路和分立元件組成的線路的目的。可編程門列陣還可以借助VHDL對電路系統進行相關設計，在無特殊情況下，其可分為三個層次：行為描述、RTL描述、門級描述，在各方面都得到滿足情況下，電力電子電路可以對這三個層次進行混合仿真，也正因為這樣使得可編程門列陣可靠性和安全性得到保障。

結語

通過上述分析中不難發現，不管是單片機、SG3525、FPGA等，都在電力電子電路數字化控制技術中有廣泛應用，不可否認其與傳統模擬控制電路相比具有明顯優勢，從深層意義上來說有其自身存在的局限性。新形勢下隨著我國電力電子電路技術日漸高頻化和復雜化，也就是說如若單一采用某種芯片，往往與預定效果相距甚遠。基于此，電力電子電路技術中各種控制芯片的混合使用數字控制化效用才能最大限度發揮出來，更好作用于電力電子電路技術的發展。

[1]楊媛媛,王友仁,崔江.一種電力電子電路參數性故障的辨識方法[J].佳木斯大學學報(自然科學版).2011(02)

[2]李然.復雜性測度分析在電力電子電路故障預測中的應用[J].中國無線電電子學文摘.2014(02)

[3]余義傳,王東明,鄭萬朗.一種描述電力電子電路狀態轉換的新方法[J].電力系統保護與控制.2013(14)

秦瑜瑞（1994-），河南開封人，本科，集美大學輪機工程學院，研究方向：電氣工程及其自動化。