一種簡易數(shù)字控制的三相逆變電源的研制

摘要：研制了一種新型的三相逆變電源，采取了一種新型的SPWM數(shù)字控制方案，分析了其系統(tǒng)結構與工作原理，實驗結果表明：輸出波形達到要求，實現(xiàn)簡單，成本低，方案可行。

關鍵詞：數(shù)字控制；三相逆變電源；推挽電路

1 引言

逆變電路較為常用的是SPWM控制方式。這種方式較容易用模擬電路實現(xiàn)，但脈沖穩(wěn)定性和抗干擾能力差。市售的用于三相逆變電源的數(shù)字控制集成芯片，如HEF4752等，又存在運算速度受處理器的字長因素影響、價格昂貴等問題。本文介紹了一種用高頻開關電源代替變壓器升壓和隔離的三相逆變電源系統(tǒng)，提出了一種新型實用的預置相位PWM數(shù)字控制方案，其基本思想是將SPWM對應于開關管的脈寬通過仿真預先計算出來，轉換為十六進制數(shù)后存儲于EPROM內。經(jīng)地址掃描、鎖存后，將預置于EPROM內的數(shù)值轉換成對應的觸發(fā)脈沖，以驅動逆變器主電路開關管。逆變控制電路僅采用一片EPROM及幾片集成芯片構成，整個控制器硬件結構簡單，降低了成本。

2 系統(tǒng)結構與工作原理

圖1給出了本文所提出的三相中頻逆變電源的系統(tǒng)原理框圖。該系統(tǒng)由推挽式開關電源與三相逆變電源有機地結合起來，是通過直流－交流－直流－交流的變流方式完成的，逆變電路部分調制比不變，通過調節(jié)推挽電路的占空比達到穩(wěn)定交流輸出電壓的目的。其主要組成部分有主電路、檢測保護電路和控制電路。

圖1 三相逆變電源原理框圖

2.1 推挽升壓電路

根據(jù)電路輸入電壓低，電流大的實際特點，對比了目前常用的推挽式、半橋式、全橋式的優(yōu)缺點后，升壓電路采用了推挽變換電路，其電路結構如圖2所示。它具有使用功率開關器件數(shù)量少、驅動電路簡單等優(yōu)點。控制集成芯片采用TL494，芯片提供了一個內部基準電壓(5V±1％),其內部誤差放大器有一個共模電壓范圍，工作電壓范圍寬(8～40V),最高工作頻率可達300kHz，在CT腳和放電腳之間用單個電阻連接可對死區(qū)時間進行調整。

圖2 推挽升壓電路

假設變壓器變比為N₂/N₁，D為V₁、V₂控制脈沖的占空比，則輸出電壓V_o1為

V_o1=2DV_in(N₂/N₁)(1)

由式（1）可知，只要調節(jié)占空比D即可調節(jié)直流側輸出電壓V_o1，從而改變交流輸出電壓，其中D由電壓反饋環(huán)節(jié)反饋并經(jīng)PID調節(jié)器處理后送至TL494的反饋輸入端（管腳3）。

2.2 逆變電路

1)控制電路

本文采用了一種新型的預置相位PWM波的數(shù)字控制方案，逆變器六個開關管的開關狀態(tài)同某一調制比的SPWM脈沖相對應（本實驗電路中調制比為0.98），其出發(fā)點是由一片EPROM來存儲這六個開關管的開關狀態(tài)，同一橋端開關管之間相位互差120°,同橋臂上下開關管互補導通且有死區(qū)。其逆變驅動電路如圖3所示。

圖3 三相逆變驅動電路