“階梯波疊加—諧波抵消”技術(shù)在DC/AC變換中應(yīng)用

鄭和俊 穗貴良

摘 要：本文以二次電源設(shè)計(jì)為背景，介紹DC/AC正弦變換的設(shè)計(jì)思路，著重分析了“階梯波疊加-諧波抵消”技術(shù)在該二次電源中設(shè)計(jì)與運(yùn)用，通過與現(xiàn)今其它開關(guān)狀態(tài)的主流DC/AC正弦波變換技術(shù)的比較，進(jìn)一步了解“階梯波疊加-諧波抵消”的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：階梯波疊加-諧波抵消；DC/AC正弦變換

隨著航空技術(shù)的發(fā)展和作戰(zhàn)要求，對軍用裝備的安全、可靠、長時(shí)地工作方面提出了更高要求，我們設(shè)計(jì)的換流器DC/AC變換輸出，就必需保證波形是符合陀螺電機(jī)使用的正弦（或余弦）規(guī)律變化的三相交流波形。

DC/AC變換器設(shè)計(jì)

1. 主要技術(shù)指標(biāo)

輸入：28V直流電壓；

輸出：電壓：三相正弦有效值36V；

頻率：1000Hz；

負(fù)載：負(fù)載電流不大于1.8A；

失真度：不大于5%；

每相不均勻負(fù)載不大于10%。

1. “階梯波疊加-諧波抵消”方案的確立

當(dāng)前，開關(guān)狀態(tài)的主流DC/AC正弦波變換技術(shù)，不外乎三種本質(zhì)，即：

（1）PWM脈寬調(diào)制準(zhǔn)方波諧振濾波技術(shù)；

（2）SPWM正弦脈寬調(diào)制技術(shù)；

（3）“階梯波疊加-諧波抵消”技術(shù)。

三項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于不同場合，各有利弊。

第（1）項(xiàng)PWM脈寬調(diào)制準(zhǔn)方波諧振濾波技術(shù)。它的輸出本是方波狀態(tài)，只不過在方波輸出端加設(shè)了諧振濾波器，預(yù)先濾除并消耗掉大部分高次諧波而成正弦波輸出。由于諧振濾波器易受負(fù)載類型干擾，故帶非線性負(fù)載能力差，且效率低，只適用于單相或三相小功率場合，我們不宜選取。

第（2）項(xiàng)SPWM正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，是在PWM脈寬調(diào)制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型變換技術(shù)。它的基本原理是依據(jù)一正弦波幅值規(guī)律調(diào)制產(chǎn)生多級PWM脈沖頭而進(jìn)行開關(guān)功率放大輸出。由于其調(diào)制過程中已完成大部分高次諧波抵消，所以輸出濾波容易，體現(xiàn)出效率高、電路簡單的優(yōu)點(diǎn)，適宜于單相或三相中、大功率變換輸出。但該電路仍存在帶非線性負(fù)載能力不強(qiáng)、輸出功率開關(guān)管易受干擾沖擊失效等缺點(diǎn)，特別是在同時(shí)產(chǎn)生六相正弦交流輸出方面，該方案已變得復(fù)雜繁瑣，無優(yōu)勢可言。因此，也非我們所選擇的理想方案。

對于（3）項(xiàng)“階梯波疊加-諧波抵消”技術(shù)，我廠開發(fā)應(yīng)用比較早，認(rèn)識(shí)比較足，技術(shù)成熟。它基本原理基于多級相移一定電導(dǎo)角的低壓幅值準(zhǔn)方波預(yù)先經(jīng)開關(guān)功率放大后，按正弦（或余弦）幅值規(guī)律、以階梯方式疊加后抵消大部分高次諧波而形成正弦（或余弦）交流輸出。它的突出優(yōu)點(diǎn)是適宜于直流DC27V輸入環(huán)境、帶均衡非線性負(fù)載能力強(qiáng)、變換效率高。特別是在三相、六相乃至九相交流變換中，電路相對以上方案來得簡單。

“階梯波疊加-諧波抵消”技術(shù)

“六分相準(zhǔn)方波疊加-諧波抵消”方案，是我們實(shí)現(xiàn)雙三相DC/AC變換的主要手段，對于六相準(zhǔn)方波，彼此相移30°電導(dǎo)角以一定幅值規(guī)律疊加，抵消一定高次諧波。

2）六分相準(zhǔn)方波疊加在沒有輸出濾波器的情況下波形失真度為：

為保證換流器波形失真度滿足技術(shù)指標(biāo)，輸出端加入濾波器，便可達(dá)到不大于5%。

3 結(jié)語

本文以某型號(hào)電源中DC/AC變換器設(shè)計(jì)為主線，詳細(xì)介紹了“階梯波疊加-諧波抵消”技術(shù)的特點(diǎn)及變換原理。目前DC/AC變換的方案很多，設(shè)計(jì)方案還需要根據(jù)實(shí)際工作要求、特點(diǎn)和使用環(huán)境進(jìn)行選取。

參考文獻(xiàn)：

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