一種高性能逆變電源的實現過程分析

　　逆變電源是不間斷電源、靜止航空電源、新能源發電技術等許多設備的關鍵部件。許多場合都要求逆變器能輸出失真度小的正弦波，因而消除諧波是逆變電源的基本要求之一[1]。文獻[2]討論了繼電保護測試儀用逆變電源的設計，其中利用SPWM生成芯片，結合頻率調節實現相位的閉環控制，其逆變電源可精確跟蹤給定信號頻率，并控制相位和幅值;文獻[3]介紹了基于TMS320F2812DSP的逆變中頻電源，其充分利用了DSP的外圍硬件電路，省去了單片機控制時的部分擴展電路;文獻[4]給出了單相逆變電源的主電路和控制電路的設計思想，仿真軟件OrCAD的仿真結果證實了其設計的單相逆變電源的輸出電壓諧波含量較低。筆者擬采用單片機作為控制器，脈沖信號產生采用消諧PWM法，詳細介紹其硬件、軟件實現過程。

　　消諧PWM控制

　　采用PWM控制技術的主要目的之一是為了解決逆變電源輸出的諧波問題[1]，高頻PWM控制不僅可以有效地減小輸出電壓的諧波含量，而且可以方便地調節輸出電壓的大小。消諧控制的基本思想是：以PWM脈沖波形的切換點相位作為未知數，通過PWM脈沖的傅里葉級數分析，獲得輸出電壓的基波分量和各次諧波分量的表達式，然后根據基波和各次諧波幅值的要求建立一個與未知數個數相等的方程組，通過求解方程組，獲得各個脈沖的切換時刻，并按該時刻實施控制，則輸出電壓的基波和各次諧波幅值將會是期望值。一般情況下，總是令基波幅值為一個期望的非零值，而令各次諧波的大小為零，這樣經過消諧PWM控制方程的逆變器將不含指定的低階諧波值。

　　假定逆變器輸出PWM波形在四分之一周期內有N個開關切換點，每個開關切換點對應的相位角分別為(ai=1，2，…，N)，且有0≤a1

　　式(1)為雙極性調制且開關角個數N為奇數時的表達式，式(2)為雙極性調制且開關角個數N為偶數時的表達式，式(3)為單極性調制時的表達式。設逆變器輸出基波電壓幅值與輸入直流母線電壓比值為M，假定式(1)、式(2)對應的PWM波形用于三相逆變器，式(3)對應的PWM波形用于單相逆變器，則式(1)~(3)式可得出相對應的消諧方程分別如(4)~(6)式所示。求解上述方程即可得到一組開關切換角，將此切換角轉化為單片機定時計數脈沖數據表保存在程序存儲器中，供實時控制時查詢。