基于DSP閉環(huán)控制的單相逆變器的研究

摘要：基于DSP的閉環(huán)控制逆變，采用TMS320F2812作為控制器。文章通過對(duì)DSP編程產(chǎn)生的PWM和SPWM，以光耦隔離分別來驅(qū)動(dòng)高頻逆變橋和工頻變換器，同時(shí)分析了逆變橋中開關(guān)損耗，通過改進(jìn)算法，提高了轉(zhuǎn)換效率。
關(guān)鍵詞：逆變器；脈寬調(diào)制；閉環(huán)控制；開關(guān)效率

0 引言
隨著不可再生能源的過度開發(fā)，能源危機(jī)已迫在眉睫，太陽能發(fā)電將成為生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域的主要能源之一。作為太陽能利用主要方式之一的光伏發(fā)電已開始受到人們的廣泛關(guān)注。一些發(fā)達(dá)國(guó)家在光伏發(fā)電方面已經(jīng)走在前列，其裝機(jī)容量已達(dá)百萬兆瓦級(jí)。我國(guó)作為一個(gè)人口和能源需求大國(guó)，在太陽能利用方面，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存有相當(dāng)大的差距?；诖?，本文研究了作為光伏發(fā)電核心器件的逆變器的基本結(jié)構(gòu)和控制原理。

1 閉環(huán)逆變器的總體設(shè)計(jì)
1．1 技術(shù)指標(biāo)
輸出功率為500W，輸出波形為交流正弦波，輸出電壓為220V，正負(fù)偏差≤5％；頻率為50Hz，正負(fù)偏差不得>0．2Hz。
1．2 系統(tǒng)原理圖

本逆變器的特點(diǎn)：1)輸入級(jí)沒有DC／DC升壓結(jié)構(gòu)，從而提高轉(zhuǎn)換效率和安全性。2)控制方式高度數(shù)字化，從而最大限度地利用DSP的高速處理能力和它的集成外設(shè)，縮小逆變器的物理尺寸，降低了成本。3)控制驅(qū)動(dòng)電路都通過二極管續(xù)流。采用零電壓導(dǎo)通和零電流截止的移相控制方式。4)二次側(cè)采用中心抽頭的輸出方式，極大提高了高頻變壓器的利用效率。

2 逆變器的主電路設(shè)計(jì)與分析
逆變器的主電路中，由高頻驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)高頻逆變橋，工頻驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)工頻變換器，其間通過高頻變壓器直接升壓，然后通過LC交流濾波器得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。
為了保證輸出電壓的穩(wěn)定以及防止過載，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了過壓、過流等電路，通過上述保護(hù)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的保護(hù)，同時(shí)為防止磁飽和發(fā)生，在脈沖變壓器一次繞組中串入了電容器C0。
(1)t=t0時(shí)，K1、K4導(dǎo)通，直流電壓Ui加在高頻變壓器T一次繞組N1上，二次繞組N21產(chǎn)生感應(yīng)電壓，帶同名端標(biāo)志“．”為正，其電壓幅值為，設(shè)輸入電流為ii，在一次繞組N1電流線性增加時(shí)，二次繞組N21和濾波電感L1中電流i2也線性增長(zhǎng)，其電感L1電流的增長(zhǎng)量為：

(2)t=TON時(shí)，K1、K2、K3、K4均截止，此時(shí)電感L1電流i2最大，在TON～Ts／2時(shí)間內(nèi)，此為對(duì)DSP編程所設(shè)置的死區(qū)時(shí)間。高頻脈沖變壓器一次繞組電流ii不能突變，則通過D2、D3續(xù)流，存儲(chǔ)在一次繞組中的能量回饋到電源。同時(shí)，二次繞組N21和濾波電感L1電流i2也不能突變，根據(jù)欏次定理，二次繞組N21的感應(yīng)電壓維持原極性不變，濾波電感L1電壓極性反向，工頻變換器的Tg=0．02s，K1、K2為超前臂，K3、K4為滯后臂。通過控制超前臂K1、K2和滯后臂的K3、K4導(dǎo)通次序，滯后臂滯后一個(gè)θ導(dǎo)通，也就是移相角，感性負(fù)載RL電流通過D9續(xù)流。負(fù)半周類似。