隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們對逆變電源的要求也越來越高。在大功率逆變電源場合，流過主電路上的器件電流非常大，作為開關(guān)管的IGBT 上流過的電流可達幾百安，所以一般所選的開關(guān)管容量比較大，這就導(dǎo)致調(diào)制時的開關(guān)頻率不能過高。本文首先介紹了主電路與三環(huán)控制，其次介紹了單極性倍頻SPWM調(diào)制，最后闡述了系統(tǒng)實驗分析wNN，具體的跟隨小編一起來了解一下。

一、主電路與三環(huán)控制

逆變器主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，主電路采用全橋結(jié)構(gòu)，輸出端連接了LC 濾波器濾除高次諧波。開關(guān)管的驅(qū)動信號由三角波和正弦波比較匹配得到。

三環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，由內(nèi)到外分別為瞬時值電容電流環(huán)、瞬時值電壓環(huán)和電壓有效值環(huán)。其中：瞬時值電流環(huán)的主要作用是校正輸出電壓波形;瞬時值電壓環(huán)主要作用是校正輸出電壓的相位，并提高系統(tǒng)的動態(tài)性能;電壓有效值環(huán)的主要作用是使輸出電壓穩(wěn)定在所需要的電壓幅值。

電流瞬時值內(nèi)環(huán)和電壓瞬時值外環(huán)均采用P調(diào)節(jié)器，最外環(huán)電壓有效值環(huán)采用PI 調(diào)節(jié)器。圖3和圖4 分別為采用三環(huán)控制的逆變電源系統(tǒng)從滿載到空載和空載到滿載的波形仿真圖，圖3中Uo為輸出電流。由圖3-4 可知，切載時電壓幅值基本保持不變，說明系統(tǒng)具有較好的動態(tài)特性。

在常規(guī)SPMW波調(diào)制中，開關(guān)頻率和輸出脈沖頻率是相等的，但是在大功率條件下，開關(guān)頻率不能過高，原因主要：

①開關(guān)頻率過高會導(dǎo)致開關(guān)損耗增大;

②會使開關(guān)管發(fā)熱嚴(yán)重，長時間運行會損壞開關(guān)器件;

③開關(guān)頻率過高，出現(xiàn)擎住效應(yīng)的幾率增大;

④大容量開關(guān)器件高速通斷，會產(chǎn)生很高的電壓尖峰，有可能造成開關(guān)管或其他元件被擊穿。但是，開關(guān)頻率降低會使輸出波形中THD含量變高，不能滿足最終指標(biāo)要求。

為了提高輸出波形質(zhì)量，通常的做法是加大主電路后端LC濾波器參數(shù)，或增加三環(huán)控制中調(diào)節(jié)器比例系數(shù)，但是加大LC濾波器參數(shù)會使逆變器體積變大，成本增加，而且在實際構(gòu)成數(shù)字控制系統(tǒng)時。調(diào)節(jié)器系數(shù)不能太大，否則就會造成振蕩;所以單極性倍頻SPWM調(diào)制方式應(yīng)用而生。

二、單極性倍頻SPWM調(diào)制

2.1、單極性倍頻SPWM調(diào)制原理

2.2、單極性倍頻SPWM調(diào)制下濾波器的設(shè)計

電路中電容的作用是和電感-起構(gòu)成一個低通濾波器，因此在電感值確定后，就可以根據(jù)LC濾波器的截止頻率來確定電容C 的值。由于在單極性倍頻SPWM 調(diào)制方式下，輸出諧波為開關(guān)頻率2 倍以上的偶次倍的高次諧波，所以LC 濾波器的截止頻率可以取最低次輸出諧波的1/10，即

在實際電路中，由于各個器件的非理想特性，基準(zhǔn)正弦也為非標(biāo)準(zhǔn)正弦信號，再加上死區(qū)對輸出波形的影響，所以輸出波形會含有低次諧波。將電容值適當(dāng)取大，能夠有效抑制低次諧波。將已計算得到的電感值帶人上式中，即可得到電容值：

在實際電路設(shè)計中，可取電感為0.4 mH，電容為20 PF.

在三環(huán)控制下，采用SPWM 波單極性倍頻調(diào)制方法，數(shù)字控制系統(tǒng)中的比例控制器參數(shù)不需要很大，就可以保證較好的輸出電壓波形質(zhì)量，而且輸出電壓信號的相位、幅值都能達到指標(biāo)要求。

三、系統(tǒng)實驗分析wNN

3.1、仿真結(jié)果及分析

本文基于上述原理，采用Matlab/Simulink搭建了仿真模型，進行仿真實驗。采用常規(guī)SPWM調(diào)制，在三環(huán)控制下的輸出波形及波形THD 分析結(jié)果圖如圖6 所示。其中： 開關(guān)頻率為26.4 kHz;輸出功率為10 kW.由Simulink 自帶的FFT 分析可知，在此控制下的THD 含量為1.23%.其中，三次諧波含量較大，高次諧波已被LC濾波器濾掉。

采用單極性倍頻SPWM 調(diào)制，在三環(huán)控制下，輸出波形及波形THD 分析結(jié)果圖如圖7 所示。其中： 開關(guān)頻率為10kHz，輸出功率為10kW.由Simulink 自帶的FFT 分析可知，在此控制下的THD含量為0.75%.其中，偶次諧波含量較大，高次諧波已被LC 濾波器濾掉。

由以上結(jié)果對比可知，采用單極性倍頻SPWM調(diào)制方法時，開關(guān)頻率僅為10kHz，但是輸出電壓的THD 值小于1% ; 而采用常規(guī)SPWM 調(diào)制方法時，開關(guān)頻率達到26.4 kHz，THD 值也只有1.23%.開關(guān)頻率10 kHz 經(jīng)過倍頻后得到的輸出電壓脈沖頻率為20kHz，其THD 值與開關(guān)頻率26.4 kHz 時的值相差不多，說明單極性倍頻調(diào)制方法是有效的。

3.2、實驗結(jié)果及分析

在上述仿真實驗的基礎(chǔ)上進行實驗驗證。首先得到單極性倍頻SPW M 驅(qū)動信號，如圖8 所示。系統(tǒng)切換負(fù)載時，輸出電壓和輸出電流波形如圖9 所示。 由圖9 可知， 系統(tǒng)在負(fù)載切換時經(jīng)過幾個周期的調(diào)節(jié)就可以恢復(fù)電壓幅值，說明系統(tǒng)在三環(huán)控制下具有較好的動態(tài)性能，與仿真結(jié)果相符。在常規(guī)雙極性SPWM 調(diào)制下的波形及諧波畸變率如圖10所示。由圖10 可知，THD 為2.52%.在單極性倍頻

SPW M 調(diào)制下的輸出電壓波形及諧波畸變率如圖11所示。由圖11可知，THD 僅為1.53%.

四、結(jié)語

本文為解決在大功率條件下開關(guān)管的開關(guān)頻率不能過高問題，將單極性倍頻SPWM 波調(diào)制方式與環(huán)控制結(jié)合起來進行仿真研究，并進行實驗驗證。結(jié)果表明，這種方法應(yīng)用在大功率逆變電源中效果較好，能夠使輸出波形THD 達到較高指標(biāo)。