高電平時(shí)間T1作為所述控制方法的控制變 量。
[0039] 如圖5所示，是所述快速瞬態(tài)響應(yīng)方法中脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的波形樣式。現(xiàn)有的 反饋控制器的目標(biāo)是產(chǎn)生一個(gè)可變的占空比來調(diào)節(jié)輸出信號(hào)。而本發(fā)明改變了脈沖寬度調(diào) 制的產(chǎn)生模式，即將一個(gè)開關(guān)周期T f3劃分為三個(gè)部分，由兩個(gè)變量τ jP T1控制。其中，τ 1 控制周期內(nèi)產(chǎn)生高電平的時(shí)間，即電平首次跳變時(shí)間J1控制占空比。也就是說，以前由周 期和高電平時(shí)間兩個(gè)變量控制的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，改為由τ i、!\和1\三個(gè)變量控制。
[0040] 圖1解釋了采用新的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)對(duì)電感電流込和電容電壓Ve兩個(gè)狀態(tài)變 量的影響。如圖1所示，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)兩個(gè)控制信號(hào)（實(shí)線的PWM信號(hào)1和虛線的PWM 信號(hào)2)的變化情況如下：兩信號(hào)占空比相同，即T1= T2;而兩信號(hào)的周期內(nèi)首次電平跳變 時(shí)間不同，即τ2> T1。電感電流在此周期內(nèi)的變化量相同，g卩AIu= Δ 而電容電壓在 信號(hào)1驅(qū)動(dòng)下的增量AVa大于AV C2。顯而易見的，圖5揭示了一個(gè)現(xiàn)象：相同占空比、不 同高電平跳變時(shí)間的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)對(duì)電容電壓，即本發(fā)明中的輸出電壓的控制效果不 同。電路參量中τ的取值會(huì)影響輸出電壓的變化。本發(fā)明就基于此現(xiàn)象進(jìn)行控制算法的 設(shè)計(jì)，目標(biāo)是負(fù)載突變時(shí)更快速的收斂，以及更低的總諧波失真。
[0041] 接下來，將詳細(xì)探討TpTjP 1\三個(gè)變量與直流-交流逆變器的關(guān)系。
[0042] 首先，針對(duì)圖1中電感電流變化情況進(jìn)行分析，即對(duì)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感電流變 化量求解。如圖4所示，一個(gè)開關(guān)周期?；被變量τ JPT1劃分為3個(gè)時(shí)間段，并將所有當(dāng) 前周期的電流變化量定義為：
[0043] Δ Ii (k) = Ii (k+1)-Ii (k)
[0044] 故兩相鄰周期電感電流的變化量AIJk)可表示為3時(shí)間段[0;tJ，[τ1; τ ，[ τ JT1J J變化量的求和：
[0045]
[0046] 將以上3段電流變化量相加，即可得到一個(gè)開關(guān)周期的電感電流總變化量：
[0047]
[0048] 由上式可知，電感電流的變化量AIJk)與T1和電容電壓Ve(k)有關(guān)。采用預(yù)測(cè) 算法，下一周期的T 1取值可表示為：
[0049]
[0050] 接下來，針對(duì)圖5中電容電壓變化情況進(jìn)行分析，即對(duì)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電壓變化 量求解。仍按照以上3個(gè)時(shí)間段進(jìn)行分析，各自的電容電流可表示為：
[0051]
[0052] 其中Ic(k)為周期開始時(shí)刻的電容電流，/〇>⑷和4⑷分別為τ挪T對(duì)間段 內(nèi)電容電流的變化率。本發(fā)明定義AVc(k+l) =Vc(k+l)_Vc(k)，則在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電容 電壓的變化量可表示為以下3段變化量之和：
[0061] 綜合上述結(jié)論，電路的控制變量1\和τ 以下變量確定：
[0062]
[0063] 通過上式，可建立本發(fā)明快速瞬態(tài)響應(yīng)方法的控制模型。電感電流變化量Δ IJk) 和電容電流IcGO可通過施加在直流-交流逆變器上的電流傳感器得到。在本發(fā)明中， A Vc(k+1)被定義為：
[0064] AVc(k+l) = Vc(k+1)-Vc(k)
[0065] 此變量可通過控制器內(nèi)部增加一個(gè)寄存器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相鄰周期電壓差得到。/)"/〇 是在時(shí)間段T1GO內(nèi)電容電流的變化率。并給出以下兩個(gè)推斷：1)輸出電流1。〇〇在相鄰 周期內(nèi)變化很小。2)在T1GO時(shí)間段內(nèi)電容和電感電位的關(guān)系為\(k) =-E-VcGO。基 于以上推斷，可以推導(dǎo)得到：
[0066]
[0067] 通過上述分析，此快速瞬態(tài)響應(yīng)控制器對(duì)恒定開關(guān)周期的直流-交流逆變器的控 制參量τ i、1\和1\可以通過直接耦合電壓和感應(yīng)電流，并按照上述方法進(jìn)行計(jì)算獲得。 [0068] 也就是說，本發(fā)明將開關(guān)周期1；分成[0 ; τ J、[ τ 1; τ 1+!\]、[ τ 1+T1;T J三個(gè)時(shí) 間段，對(duì)于其中每個(gè)時(shí)間段，分別將電感L的電流的變化量、電容C的電壓的變化量用開關(guān) 周期?；、電平跳變時(shí)間T1、占空比T1、以及與電感L與電容C的電流或電壓來表示。然后， 將所述三個(gè)時(shí)間段的每個(gè)時(shí)間段的電感L的電流的變化量、電容C的電壓的變化量分別加 和，得到一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感L的電流的變化量、一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電容C的電壓的變化量用 開關(guān)周期?；、電平跳變時(shí)間τ i、高電平時(shí)間T1、以及與電感L與電容C的電流或電壓的表示 式。在給定開關(guān)周期?；的情況下，從一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感L的電流的變化量、一個(gè)開關(guān)周 期內(nèi)電容C的電壓的變化量的表示式中，推導(dǎo)出電平跳變時(shí)間τ i、占空比T1用電感L與電 容C的電流或電壓、一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感L的電流的變化量、一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電容C的電壓 的變化量的關(guān)系式。由于電感L與電容C的電流或電壓、一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感L的電流的 變化量、一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電容C的電壓的變化量都是可測(cè)的，例如一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感（L) 的電流的變化量、電感（L)與電容（C)的電流可以通過施加到直流-交流逆變器上的電流 傳感器測(cè)得，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電容（C)的電壓的變化量通過增加用于存儲(chǔ)兩個(gè)相鄰開關(guān)周 期之間的電容電壓差的寄存器得到，因此可以求得電平跳變時(shí)間τ i、高電平時(shí)間！\。
[0069] 當(dāng)三個(gè)控制變量都求出或已知時(shí)，就可以以這三個(gè)控制變量進(jìn)行控制。
[0070] 最后，為驗(yàn)證上述控制方法，本發(fā)明在一個(gè)直流-交流逆變器上實(shí)施，以仿真的方 法驗(yàn)證該算法的功能性。此逆變器將363V輸入直流電壓轉(zhuǎn)換成有效值為200V頻率為50Hz 的正弦波交流電壓。默認(rèn)開關(guān)頻率20KHz，濾波電感L = I. 547mH，濾波電容C = 10 μ F。圖 6為該控制方法的輸出電壓（a)和電感電流（b)隨時(shí)間變化的情況，以及總諧波失真THD值 (c)。圖（a)中VcCons為參考輸出電壓，圖（b)中ILCons為電感電流，圖（c)中THD指的 是電壓諧波總畸變率。本發(fā)明的THD值為0. 104%，遠(yuǎn)低于大多數(shù)逆變器（大于2% )。電 感電流的快速響應(yīng)也可以同樣說明本發(fā)明的優(yōu)越性。
[0071] 本發(fā)明可以極大地加快直流-交流逆變器在負(fù)載突變的情況下響應(yīng)恢復(fù)的時(shí)間 和幅度，且有效降低輸出正弦信號(hào)的總諧波失真。
[0072] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種直流-交流逆變器的控制方法，所述直流-交流逆變器由脈沖寬度調(diào)制信號(hào)驅(qū) 動(dòng)，并包括由電感和電容組成的濾波電路，該方法包括： a. 將開關(guān)周期（TJ、電平跳變時(shí)間（T D、高電平時(shí)間（T1)作為所述控制方法的控制變 量； b. 將開關(guān)周期CU分成[0; TJ、[T 1; T1+TJ、[T1+T1;T J三個(gè)時(shí)間段，列出每個(gè)時(shí) 間段中電感的電流變化量、電容的電壓變化量的表達(dá)式； c. 將所述三個(gè)時(shí)間段的每個(gè)時(shí)間段的電感的電流變化量、電容的電壓變化量分別加 和，得到一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感的電流變化量和電容的電壓變化量的表達(dá)式； d. 從步驟c中的表達(dá)式推導(dǎo)出電平跳變時(shí)間（T D、高電平時(shí)間（T1)關(guān)系式； e. 從所述關(guān)系式計(jì)算出電平跳變時(shí)間（^)、高電平時(shí)間（T1),從而以開關(guān)周期（TJ、 電平跳變時(shí)間（T 1)、高電平時(shí)間（T1)進(jìn)行控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中所述開關(guān)周期（TJ是脈沖寬度調(diào)制信號(hào)（d) 的周期，電平跳變時(shí)間（T1)是從開關(guān)周期開始到首次產(chǎn)生電平跳變的時(shí)間，高電平時(shí)間 (T 1)是開關(guān)周期內(nèi)首次產(chǎn)生電平跳變到電平再跳回的時(shí)間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1的控制方法，其中一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感的電流變化量通過施加到直 流-交流逆變器上的電流傳感器測(cè)得。4. 根據(jù)權(quán)利要求1的控制方法，其中一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電容的電壓變化量通過增加用于 存儲(chǔ)兩個(gè)相鄰開關(guān)周期之間的電容電壓差的寄存器得到。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種直流-交流逆變器的控制方法，包括：a.將開關(guān)周期(Te)、電平跳變時(shí)間(τ1)、高電平時(shí)間(T1)作為控制變量；b.將開關(guān)周期分成[0；τ1]、[τ1；τ1+T1]、[τ1+T1；Te]三個(gè)時(shí)間段,列出每個(gè)時(shí)間段中電感的電流變化量、電容的電壓變化量的表達(dá)式；c.將所述三個(gè)時(shí)間段的電感的電流變化量、電容的電壓變化量分別加和，得到一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感的電流變化量和電容的電壓變化量的表達(dá)式；d.從步驟c中的表達(dá)式推導(dǎo)出電平跳變時(shí)間、高電平時(shí)間關(guān)系式；e.從所述關(guān)系式計(jì)算出電平跳變時(shí)間、高電平時(shí)間，從而進(jìn)行控制。該方法可以極大地加快直流-交流逆變器在負(fù)載突變的情況下響應(yīng)恢復(fù)的時(shí)間和幅度，且有效降低輸出正弦信號(hào)的總諧波失真。
【IPC分類】H02M7/5395
【公開號(hào)】CN105099254
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510355880
【發(fā)明人】解冰清, 李博, 畢津順, 羅家俊, 卜建輝
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年6月24日