引言
隨著現代科技的發(fā)展，逆變電源廣泛應用到各行各業(yè)，進而對其性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制或數字相結合的控制系統(tǒng)。好的逆變電源電壓輸出波形主要包括穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)性能好等方面。目前逆變器結構和控制，能得到良好的正弦輸出電壓波形，但對突變較快的波形，效果不是很理想。
函數信號發(fā)生器，是實驗教學中常用的設備。能產生不同頻率和電壓等級的波形：方波信號，三角波，正弦信號波形。近年興起的一種新的DDS技術，即直接數字頻率合成技術。但是他們都為小信號波，沒有功率輸出，不能帶一定的負載。
本文提出的多功能逆變電源，主電路采用二重單相全橋逆變器結構，輸出的電壓波形對給出的參考波形跟蹤，有功率輸出，能帶一定的負載?？刂撇捎眉尤胛⒎汁h(huán)節(jié)的滯環(huán)控制，完全實現數字化控制。
主電路設計
多功能逆變電源原理如圖1，有兩部分組成：主電路和控制部分。其中主電路的參考信號，可以與計算機通信或者其他電路得到。
圖1 多功能逆變電源原理
在主電路的設計上借鑒了多重逆變器結構，采用了二重單相全橋逆變器連接。原理圖如圖2。兩個逆變器直流側電壓不相同，主逆變器的直流側電壓為Udc，從逆變器的直流側電壓為3Udc。輸電電壓波形共有9個電平組成：±4Udc，±3Udc，±2Udc，±Udc，0。由于輸出電平的數量多于單個逆變器，輸出波形較好。主逆變器工作為較高頻率，從逆變器工作頻率較低，極大的降低開關損耗。在參考波形變化緩慢階段，只需要主逆變橋工作，就能很好的跟蹤參考信號；當參考信號變化相當快速的時刻，需要輔助逆變橋和主逆變橋同時工作，快速精確跟蹤參考信號。
圖2 二重級聯單相全橋逆變器拓撲
控制設計
在控制部分采用滯環(huán)完全數字化控制。滯環(huán)控制響應速度快、準確度較高、跟蹤精度高，輸出電壓不含特定頻率的諧波分量等特點，能夠使用DSP實現數字化控制。對于主電路的主逆變器和從逆變器采用滯環(huán)控制。
圖3 滯環(huán)控制原理
如圖3所示，主開關的滯環(huán)寬度為h，從開關管的滯環(huán)寬度為hs，且hs>h。主逆變器一直工作，開關管V1和V4；V2和V3交替導通關斷。從逆變器有三種工作狀態(tài)。在t1~t2時刻，誤差電壓并沒有超過從逆變器的滯環(huán)寬度，只需要主逆變器工作，四個開關管都關斷；在t3時刻，誤差電壓△u>hs，開關管 VS2和VS3導通，開關管VS1和VS4關斷；t4時刻誤差電壓-△u<-hs開關管VS1和VS4導通，開關管VS2和VS3關斷。
考慮到跟隨突變信號時跟隨困難的情況，在滯環(huán)控制器前引入了微分環(huán)節(jié)，如圖4所示，以改善跟隨效果。
圖4 帶微分環(huán)節(jié)的滯環(huán)控制
引入微分環(huán)節(jié)后，根據圖1和圖2所示，對主逆變器滯環(huán)控制策略為：
式中：T為微分時間常數。
上述不等號取等號情況，則實際環(huán)寬h′為：
當穩(wěn)態(tài)或者電壓變化率不大時微分環(huán)節(jié)很小，可忽略，h′較大；當電壓突變時微分環(huán)節(jié)將很大，不能忽略，h′較小，u迅速跟蹤Uref。加入微分環(huán)節(jié)實際上就是改變滯環(huán)寬度。從逆變器滯環(huán)控制也采用相同原理。
仿真
利用Matlab，根據所提出主電路和控制設計建立模型。對圖1的二重級聯單相全橋逆變器進行仿真，負載為阻感型。
參考信號為正弦波，周期T為0.02s，最大值為50V。輸出電壓波形如圖5所示。
圖5 參考信號為正弦波輸出電壓
參考信號為三角波，電壓最大值為70V，輸出電壓如圖6所示。
圖6 參考信號為三角波輸出電壓
從圖5和圖6看出，當參考信號為變化不是很快的正弦波和三角波信號時，逆變電源的輸出電壓能精確跟蹤。
參考信號為階梯波，輸出電壓波形如圖7所示。
圖7 參考信號為方波輸出電壓
參考電壓信號為方波時，電壓值為70V。輸出電壓波形如圖8所示。
圖8 參考信號為方波輸出電壓
當參考信號為階梯波或方波，方波和階梯波有突變時刻，逆變電源的輸出電壓也能很好跟蹤參考信號。從圖7和圖8看出，輸出電壓是質量很好的階梯波和方波，可作為電壓源使用。
結論
多功能逆變電源，主電路采用二重級聯單相全橋逆變器結構，輸出的電壓波形對給出參考波形跟蹤，有功率輸出，能帶一定的負載，可直接作為電壓源使用?？刂撇捎眉尤胛⒎汁h(huán)節(jié)的滯環(huán)控制，完全實現數字化控制。最后通過Matlab仿真，證實設計的多功能逆變電源是可行的。
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