一种简易数字控制的三相逆变电源的研制

摘要：研制了一种新型的三相逆变电源，采取了一种新型的SPWM数字控制方案，分析了其系统结构与工作原理，实验结果表明：输出波形达到要求，实现简单，成本低，方案可行。

关键词：数字控制；三相逆变电源；推挽电路

　

1 引言

逆变电路较为常用的是SPWM控制方式。这种方式较容易用模拟电路实现，但脉冲稳定性和抗干扰能力差。市售的用于三相逆变电源的数字控制集成芯片，如HEF4752等，又存在运算速度受处理器的字长因素影响、价格昂贵等问题。本文介绍了一种用高频开关电源代替变压器升压和隔离的三相逆变电源系统，提出了一种新型实用的预置相位PWM数字控制方案，其基本思想是将SPWM对应于开关管的脉宽通过仿真预先计算出来，转换为十六进制数后存储于EPROM内。经地址扫描、锁存后，将预置于EPROM内的数值转换成对应的触发脉冲，以驱动逆变器主电路开关管。逆变控制电路仅采用一片EPROM及几片集成芯片构成，整个控制器硬件结构简单，降低了成本。

2 系统结构与工作原理

图1给出了本文所提出的三相中频逆变电源的系统原理框图。该系统由推挽式开关电源与三相逆变电源有机地结合起来，是通过直流－交流－直流－交流的变流方式完成的，逆变电路部分调制比不变，通过调节推挽电路的占空比达到稳定交流输出电压的目的。其主要组成部分有主电路、检测保护电路和控制电路。

图1 三相逆变电源原理框图

2.1 推挽升压电路

根据电路输入电压低，电流大的实际特点，对比了目前常用的推挽式、半桥式、全桥式的优缺点后，升压电路采用了推挽变换电路，其电路结构如图2所示。它具有使用功率开关器件数量少、驱动电路简单等电感生产优点。控制集成芯片采用TL494，芯片提供了一个内部基准电压(5V±1％),其内部误差放大器有一个共模电压范围，工作电压范围宽(8～40V),最高工作频率可达300kHz，在CT脚和放电脚之间用单个电阻连接可对死区时间进行调整。

图2 推挽升压电路

假设变压器变比为N₂/N₁，D为V₁、V₂控制脉冲的占空比，则输出电压V_o1为

V_o1=2DV_in(N₂/N₁)(1)

由式（1）可知，只要调节占空比D即可调节直流侧输出电压V_o1，从而改变交流输出电压，其中D由电压反馈环节反馈并经PID调节器处理后送至TL494的反馈输入端（管脚3）。

2.2 逆变电路

1)控制电路

本文采用了一种新型的预置相位PWM波的数字控制方案，逆变器六个开关管的开关状态同某一调制比的SPWM脉冲相对应（本实验电路中调制比为0.98），其出发点是由一片EPROM来存储这六个开关管的开关状态，同一桥端开关管之间相位互差120°,同桥臂上下开关管互补导通且有死区。其逆变驱动电路如图3所示。

图3 三相逆变驱动电路

预置于EPROM内的数值由多种方式产生，常见的是先计算出来并存表，对应于不同的基波频率，按一定规律算出相对应的脉宽，再转换成数值。差模电感本文通过建立起三相逆变电路SPWM控制的模型，采用MATLAB仿真，M-file程序加死区处理后得到如图4所示的控制开关管的脉冲多层片式电感器波形。

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