基于DSP三环控制的逆变电源的设计

摘要： 针对逆变电源输出电压波形畸变并且在大功率负载下输出电压掉压严重的问题， 提出了采用电压有效值外环、电容电压环和电感电流内环的三环控制策略， 选用TI公司的DSP TMS320F2812芯片实现了三环的控制算法， 并且给出了程序流程图以及逆变电源的详细设计过程。在理论分析和仿真的基础上设计了一台采用单极性倍频SPWM调制的6 kVA /50H z/220 V 逆变器， 并进行了实验。实验结果显示， 所采用的三环数字化控制方案能达到??逆变电源带大功率负载 条件下较优的动态、稳态特性。

0前言

以前， 正弦波逆变器大多采用输出电压均值环来维持输出电压的恒定， 而波形控制是开环的， 这种控制方式不能保证输出电压的波形质量， 特别是在非线性负载条件下输出电压波形畸变严重， 失真很大; 在突加(减)负载时输出电压的动态性能难以满足用户的要求。

目前的逆变电源大多采用外环电压、内环电流的双闭环控制策略，电压瞬时值外环在很大程度上改善了波形的质量， 电流内环加大了逆变器控制系统的带宽， 使得逆变器动态响应加快， 输出电压的谐波含量减小， 非线性负载适应能力加强。但是， 当负载比较大时会出现输出电压掉压严重的现象。

为解决逆变电源在大功率负载下掉压严重的问题，本研究提出在双环控制的基础上外加一个电压有效值的三环控制策略， 它的实质是随负载的增加而增大基准正弦信号， 从而保证输出电压幅值稳定。另外， 由于对逆变电源的数字化控制是当今电源的发展方向，所以本研究通过选用T I公司的DSP TMS320F2812来实现对逆变器的数字化控制。

1 逆变系统

单相全桥逆变器的主电路结构， 如图1所示。采用了单极性倍频SPWM 调制技术， 可以在不增加开关损耗的情况下将谐波频率提高一倍， 大大减小了输出滤波器的体积。采用了瞬时电压环、瞬时电流环和电压有效值外环的三环控制策略， 电感电流瞬时值反馈环是内环， 电容电压瞬时值是外环， 电容电压有效值反馈环是第三环， 有效值反馈控制用来改变电压瞬时值反馈环的正弦波给定幅值， 三环控制很好地解决了“随着负载的增加， 输出电压幅值下降”的问题。

图1逆变器电路结构

逆变器的控制系统按控制策略来分， 有PID控制、滑模变结构控制、无差拍控制、重复控制和模糊控制等类型。本研究所讨论的逆变器对电压有效值外环和瞬时电压环均采用了PI控制策略， 对电流内环采用P 控制， 这种控制方式算法简单， 而且相对成熟。

逆变器的开环传递函数为：

通过两个霍尔元件分别对电容电压和电感电流进行采样， 图1中的K v为输出电压采样的分压比， 关于调制比的计算， 有：