交流電源控制電路設計

周健，何陶然

（中國人民解放軍空軍預警學院，貴州黔南，550600）

引言

目前，隨著石油、煤和天然氣等主要能源的日益緊張及面臨的嚴峻的環境問題，新能源的開發和利用越來越得到重視。為了社會的持續發展和可再生能源的利用，利用風能、太陽能等新能源的微電網中的關鍵技術-逆變技術，能將這些新能源轉化而來的直流電能變換成交流電能供給負載使用或與電網并網發電。因此，逆變技術在新能源開發和利用領域有著至關重要的地位，對逆變器控制電路的改善意義可見一斑。

1 逆變器電流控制方式

首先考慮逆變器控制電路的選擇問題，通常說來有逆變器電流滯環控制以及逆變器單極性電流SPWM控制兩種控制方式，下面將通過分析比較兩種方式的工作原理，比較兩種方式孰優孰劣。

1.1 電流滯環控制

圖1為逆變器電流滯環控制三態滯環比較器的工作原理。圖1中，δ為滯環寬度。當iLf＜irefδ時，VS1、VS2導通，iLf上升，UAB＝Uin；當iLf＞iref+δ時，VS3、VS4導通，iLf下降，UAB＝-Uin；當iref-δ＜iLf＜iref+δ時，VS2、VS4導通，iLf通過VS2、VS4續流，UAB＝0。

圖1 電流滯環控制電路及三態滯環比較器原理

電流滯環控制逆變器具有很好的穩定性，其電流內環高度穩定，但控制系統中含有滯后環節，所以動態性能相對較差，動態響應速度較慢；電流滯環控制逆變器開關頻率不固定，逆變器輸出電壓中諧波分布廣，濾波器設計不易，多依賴于工程經驗與仿真。當電流滯環控制逆變器平均開關頻率與電流SPWM控制逆變器開關頻率相等時，要獲得濾波后相同質量的輸出波形，前者的濾波器要比后者大得多。

1.2 單極性電流SPWM控制

圖2為電流SPWM控制電路波形。uc分別與ie、-ie交截產生四個開關管控制信號。當ie＞uc時，VS1導通、VS4截止，UAO＝Uin／2；當ie＜uc時，VS1截止、VS4導通，UAO＝-Uin／2；當-ie＞uc時，VS3導通、VS2截止，UBO＝Uin／2；當-ie＜uc時，VS3截止、VS2導通，UBO＝-Uin／2；UAB＝UAO-UBO。

圖2 電流SPWM控制電路及波形

單極性電流SPWM控制系統中不存在滯后環節，故動態性能良好，動態響應速度較快；單極性電流SPWM控制逆變器的開關頻率固定，輸出電壓只含有偶數倍載波頻率處的奇數倍旁帶諧波，最低次諧波集中在2倍載波頻率附近，濾波器易于設計。

因此，從提高系統的動態性能，降低輸出電壓的THD，減小濾波器，改善輸出電壓波形質量的角度考慮，電流SPWM控制逆變器性能更優越。

2 控制電路設計

2.1 基準正弦波電路

單相基準正弦波電路由振蕩分頻、階梯波合成和有源濾波電路組成，如圖3所示。振蕩分頻電路由晶振和4060組成，用來產生頻率穩定的時鐘信號；階梯波合成電路將時鐘信號，經循環移位和權電阻合成后輸出2N塊階梯波；階梯波經有源濾波電路后，輸出高質量的基準正弦電壓。

圖3 單相基準正弦波產生電路

2.2 電壓電流雙閉環控制電路

圖4 為電壓電流雙閉環控制電路。圖4（a）為電壓外環控制電路，圖4（b）為電流內環控制電路。圖4（a）中，Vout為輸出電壓，經差動放大器檢測后與電壓基準正弦波信號VASIN進行相減后的差值經PI調節后輸出電流內環的參考信號Iref。圖4（b）中，If為檢測的濾波電感電流信號，電流參考Iref與電流反饋If的差值經P調節器后一路送比較器，另一路反相后送比較器，與三角波相比較輸出 兩路SPWM信號V1、V2。

圖4 電壓電流雙閉環控制電路

2.3 功率開關管驅動電路

圖5 為開關管驅動電路。輸入的兩路信號經HCNW4504光耦隔離后送IR2110，最后產生兩路互補驅動信號，分別送到逆變器一個橋臂的上、下兩個開關管的柵-源極。

圖5 開關管驅動電路

2.4 保護電路

為了保護逆變器開關管不致因過流而損壞，設置了如圖7所示開關管過流保護電路。開關管電流檢測信號經AD620后送比較器，若電流超過保護設定值，則比較器輸出由低變高跳變，4013將這個跳變鎖存，4013的1腳輸出高電平，這個高電平信號送封鎖逆變器開關管的驅動信號，從而實現過流保護。

圖6 保護電路

3 結束語

逆變器作為一個重要的電力電子設備已經得到越來越廣泛的使用，其性能也隨著現有的科學技術的發展在不斷的提高，本文設計的控制電路目的在于希望能將逆變器的輸出性能進一步提升，只是處于分析仿真階段，還有很多進一步的工作去開展，設計的全面性也有待提，下一步作者將實現該電路進行實際的電路分析測試。

進一步研究工作設想：

（1）將本文設計的電路進行實現，將硬件電路做出并進行測試；

（1）逆變器控制電路的優化改善；

（3）對于逆變器并聯控制技術的研究開展，單個逆變器的控制方案相對來說已經趨于成熟，要想真正在實際應用過程中實現應用效率的提高研究方向需要對準逆變器的并聯控制；

（4）編寫程序為逆變器并聯打下基礎，主要實現兩方面的功能：第一部分是對逆變器輸出電壓數字鎖相從而產生并聯逆變器電流參考信號，第二部分是實現逆變器輸出功率的自動分配管理。