采用PWM高頻逆變器的補償式交流穩壓電源電路設計

采用PWM高頻逆變器的補償式交流穩壓電源的原理電路如圖1所示。其中補償電壓uco由單相全橋逆變器產生（也可以采用半橋式或推挽式逆變器），逆變器采用高頻SPWM調制。單相全橋逆變器的輸出電壓uab通過輸出變壓器Tr，把電壓uab變成補償電壓uco在Tr的次級輸出。Tr的次級串聯在主電路中以對市電電壓的變化進行補償，保持輸出電壓uo穩定不變。圖中LFCF為低通濾波器，以濾掉逆變器輸出電壓uab中的高次諧波。變壓器Tr次級繞組的電阻和漏感以及市電電源內阻共同組成線路阻抗Z，則當負載變化時在Z上產生的壓降會使輸出電壓隨之變化。ur為用正弦電壓發生器和鎖相環產生的標準參考電壓，鎖相環是使ur在相位上與市電電壓us同步。用瞬時值usZisur作為SPWM全橋逆變器控制電路中的調制電壓，控制電路的原理框圖如圖2所示。按此圖的高頻SPWM調制原理，當用（usZisur）作為正弦調制波時，就可以使逆變器的輸出電壓與市電電壓的變化和負載電壓的變化成比例。

圖1采用逆變器補償的交流穩壓電路

圖2控制電路原理框圖

21逆變器輸出電壓的諧波分析

假定逆變器的直流電源電壓為Ud，載波三角波的電壓幅值為Uc，則調制比M的值為：M=（1）

式中：Us、Is、Ur為市電電壓us，市電電流is和基準參考電壓ur的有效值。載波比：N=，fc為三角波頻率，fs為市電電壓頻率。

SPWM波形如圖3所示。由此圖可知，逆變器輸出電壓uab的雙重付里葉級數表示為：

uab=ua－ub=MUdsinωt＋·

cosmπ·sin〔(mN＋n)ωt〕(2)

因為變壓器Tr的變比為ξ，故補償電壓uco的表示式為：

uco=ξMUdsinωt＋ξ·

cosmπ·sin〔(mN＋n)ωt〕(3)

uco的頻譜如圖4所示，可知：載波比N越大，諧波頻率越高，濾波越容易，所需的LFCF的值越小，當fc=12.8kHz時，LF=10mH，CF=2μF，即可將uco中的高次諧波濾掉。

22考慮線路阻抗Z的補償分析

由于逆變器開關管的正向壓降，開關死區、變壓器Tr初級繞組的電阻及漏感和交流濾波電感LF的繞組電阻及電感的影響，會使補償電壓uco的值減小。但這種影響不大，而且是基本固定的，與負載的大小變化關系不大，因此可以通過增大變壓器Tr的變比ξ來補償。