兩級式逆變器輸入電流低頻紋波分析及抑制

諧振控制器傳遞函數為：

對于400 Hz輸出，兩倍頻率為800 Hz，即ω=5 024 rad·s-1。Q值不同時，諧振控制器對所需濾除的特定頻率效果也不同。Q值越大，諧振頻率處衰減越厲害，相位變化也劇烈，同時其對輸入信號的衰減頻帶越窄。考慮到逆變器輸出頻率有±1％的誤差及實際諧振控制器各元件參數標稱值存在±1％(電阻)～±10％(電容)誤差，且參數值會隨溫度變化，導致其實際諧振頻率有偏差。故實際選用時，保證對800 Hz有效衰減，要折中選擇Q值，可取范圍0．5～1．5，帶寬±200 Hz。
3．2 系統傳遞函數及穩定性設計
綜上，圖5示出DC／DC變換器控制框圖。

由圖5可得電流環增益Ti(s)=FmKiGi(s)Gdi(s)。
當電流內環閉環時，電壓環增益為：
Tu(s)=Gu(s)Gi(s)FmKuGdu(s)G(s)／[1+Ti(s)] (8)
電感電流對直直變換器輸出電流的增益為：
Ai(s)=Tu(s)(1+RLCfs) (9)
由多環控制理論可知，電流環截止頻率應遠大于電壓環截止頻率，以使低頻時電壓環起主要作用，變換器表現為電壓源；高頻時電流環起主要作用，保證系統動態響應性能。根據系統穩定性要求，應保證閉環工作時，系統幅值裕度大于6 dB，相位裕度大于45°。實際電路應綜合考慮來選擇參數。

4 實驗
在1 kVA航空靜止變換器樣機上進行實驗。變換器后級為級聯型逆變器，故前級DC／DC變換器為兩個獨立模塊．功率均為500 W。兩獨立DC／DC變換器模塊采用共用控制環路的控制策略，因此可驗證上述分析。前級DC／DC變換器主電路參數為：采用推挽正激電路拓撲；輸入電壓為額定28 V；變壓器變比4：4：25；開關頻率80 kHz；輸出濾波電容470μF；采用直接電壓采樣方式；電流采樣系數0．05；調制器增益1／2．4；輸出電壓90 V；后級輸出電壓115 V／400 Hz；輸出濾波電感60μH，濾波電容6．8μF。根據上述分析，合理選擇諧振控制器參數C1=47 nF，C3=100 nF，C2=150 nF，R1=R2=2．7 kΩ，R3=2 kΩ，R4=4．7 kΩ，Q=0．507。

圖6a為根據設計參數，用Matlab計算的電流內環及電壓外環環路增益波特圖，可見，以上所選元器件參數使電流內環增益相位裕度為70°，電壓外環增益相位裕度為46°，各環路增益均有足夠的相角裕度，可保證系統穩定工作；圖6b為濾波電感電流對DC／DC變換器輸出電流增益波特圖，可見添加諧振控制器后，在頻率為800 Hz(2fo)處，濾波電感電流對變換器輸出電流的增益有較大衰減，從而減小了輸出電流中低頻分量對濾波電感電流的影響，進而可有效抑制輸入電流中相應的低頻脈動分量。圖6c，d為添加諧振控制器前后的實驗波形。可見，添加前電感電流、輸入電流的800 Hz低頻脈動都很大，添加后電感電流低頻脈動很小，DC／DC變換器輸出電壓低頻脈動較大，輸出脈動功率主要由輸出電壓低頻脈動承擔。輸入電流低頻紋波脈動被很好地抑制在10％以下，能很好地滿足設計要求。

5 結論
分析了兩級式DC／AC逆變器輸入電流低頻紋波脈動產生原因，得出可通過抑制電感電流低頻脈動，適當地讓輸出電容來承受脈動功率以達到抑制目的。這里采用以電感電流為控制對象的雙環控制策略，提出在電壓調節器與電流調節器間添加諧振控制器，對電壓環輸出信號的800 Hz低頻脈動分量進行衰減，即減小電感電流給定中的800 Hz低頻脈動分量，對輸入電流低頻脈動進行抑制。給出了諧振控制器設計過程，設計了一臺實驗樣機，驗證了該方法的有效性和實用性。