基于DSP的雙極性雙調(diào)制波高頻鏈逆變器實現(xiàn)

摘要：研究了電壓型高頻鏈逆變器的拓撲及控制方式。選用了全橋全波式高頻鏈逆變器作為主電路，采用雙極性雙調(diào)制波控制方案解決雙向電壓型高頻鏈逆變器的固有電壓過沖問題。理論分析了電路拓撲和控制策略的合理性和變換器開關(guān)器件實現(xiàn)軟開關(guān)的可行性。設(shè)計了基于雙極性雙調(diào)制波控制的軟件程序及數(shù)字PI控制器算法的TMS320F2812的閉環(huán)控制系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，高頻逆變橋開關(guān)管實現(xiàn)了ZVS開通，周波變換器開關(guān)管實現(xiàn)了ZCS關(guān)斷，高頻鏈逆變器輸出高質(zhì)量的正弦波電壓，證明了基于DSP控制的雙極性雙調(diào)制波控制模式的高頻鏈逆變器可行性。

關(guān)鍵詞：逆變器；高頻鏈；雙極性雙調(diào)制；軟開關(guān)

1 引言

DC／AC逆變電源應用廣泛，傳統(tǒng)的低頻逆變技術(shù)采用工頻變壓器，其缺點明顯。所謂高頻鏈逆變技術(shù)就是采用高頻變壓器替代低頻變壓器傳輸能量，并實現(xiàn)變流裝置初、次級電源之間的電氣隔離，減小了變壓器的體積和重量，克服了低頻逆變技術(shù)的缺點，顯著提高了逆變器的特性。

雙向電壓型高頻鏈逆變器存在一個固有的缺陷，即采用傳統(tǒng)PWM技術(shù)的周波變換器換流時漏感能量會引起電壓過沖。在不增加拓撲復雜性

的情況下，采用合理的調(diào)制方法可解決這一問題。雙極性雙調(diào)制波方法是一種有效的方案，在不加箝位或吸收電路時，該方法可以實現(xiàn)高頻逆變橋開關(guān)管的ZVS開通和周波變換器開關(guān)管的ZCS關(guān)斷；濾波電感電流極性選擇信號的引入，避免了換流重疊期間周波變換器中的環(huán)流現(xiàn)象。此外，該控制方法易于用數(shù)字控制實現(xiàn)。這里在全橋全波式高頻鏈逆變器拓撲的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了基于DSP TMS320F2812的雙極性雙調(diào)制波控制策略。

2 主電路與工作原理

全橋全波式高頻鏈逆變器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由高頻逆變橋、高頻變壓器、周波變換器和輸出濾波器組成。其中VS1～VS4為高頻逆變橋的開關(guān)管，VS5～VS8為周波變換器的開關(guān)管，T為高頻變壓器，Lf，Cf組成濾波器，Ui為輸入直流電壓，uo為輸出電壓。該拓撲具有變換效率高、可靠性高、雙向功率流和兩級功率變換等特點。

雙極性雙調(diào)制波控制的原理圖如圖2所示。它將三角波作為載波，調(diào)節(jié)器的輸出與其相反值作為調(diào)制波，對電路中的開關(guān)管進行控制。高頻逆變橋可看作單相方波逆變器，若不考慮死區(qū)時間，則逆變橋開關(guān)管驅(qū)動信號的占空比恒為0．5。周波變換器采用移相控制，驅(qū)動信號由調(diào)制波及其相反值分別與三角載波交截得到，移相角隨正弦規(guī)律略有變化。為保證周波變換器開關(guān)管換流時濾波電感電流連續(xù)，VS5和VS7，VS6和VS8的驅(qū)動信號間應有共態(tài)導通時間。另外，周波變換器開關(guān)管流過的電流為濾波電感電流，為防止周波變換器開關(guān)管在換流時電路產(chǎn)生環(huán)流，應檢測濾波電感電流的極性來控制周波變換器中各開關(guān)管的通斷。

由圖2可知，采用雙極性雙調(diào)制波策略時，高頻逆變橋可以視為方波逆變器。在周波變換器中，忽略濾波電感電流極性選擇，當Uo>0時，VS5，VS7為超前臂，VS8，VS6為滯后臂；當uo0時，VS5，VS7為滯后臂，VS8，VS6為超前臂。當不考慮高頻逆變橋死區(qū)以及周波變換器換流重疊區(qū)時，所有開關(guān)管驅(qū)動信號的占空比為0．5。

在該控制方法中，高頻變壓器傳遞的是占空比恒為0．5的交流方波，高頻交流方波再經(jīng)過周波變換器進行低頻解調(diào)，輸出雙極性SPWM波，經(jīng)低通濾波后，輸出正弦波。該控制方法解決了電壓型高頻鏈逆變器換流時固有的電壓過沖問題，控制信號易于用數(shù)字控制實現(xiàn)。

3 控制信號的實現(xiàn)原理與DSP系統(tǒng)

傳統(tǒng)的移相技術(shù)的驅(qū)動信號實現(xiàn)較為簡單，用常用的集成PWM控制器即可實現(xiàn)，如IC芯片UC3875等。周波變換器開關(guān)管驅(qū)動信號的占空比并非完全恒定，相位差隨正弦規(guī)律變化，用IC實現(xiàn)較復雜。而利用DSP生成脈沖，只需編程，使用事件管理器就能產(chǎn)生高頻鏈逆變器所有開關(guān)管的驅(qū)動信號，并且精度高，穩(wěn)定性好。

此處利用TMS320F2812芯片的事件管理器來產(chǎn)生高頻鏈逆變器所有的脈沖。產(chǎn)生開關(guān)管的控制信號的原理如圖3所示。