逆變電源雙環控制技術的研究與設計

盧云 楊世凱 何文濤

【摘要】通過對逆變電源的數學模型分析，以電感電流和電容電壓為反饋量進行閉環控制。雙環控制方案的電流內環擴大逆變器控制系統的帶寬，使得逆變電源動態響應加快，輸出電壓的諧波含量減小，非線性負載適應能力加強。最后，通過仿真和實驗結果，表明所設計的雙環控制策略具有電流跟蹤快速，電壓穩定穩定的特點。

1 引言

交流移動設備使用量越來越多，如何將直流電源變為穩定的電能提供給設備已成為研究熱點。近年來4G技術的快速發展，移動應急通信基站需要大量的逆變電源。在研項目正在建設一個移動電源研究平臺，將直流電通過一臺逆變電源轉變成設備所需的交流電源，該逆變器是系統的一個關鍵部件。在此為移動逆變電源研究平臺設計了以電感電流和電容電壓為反饋變量雙閉環的控制策略，通過該逆變電源，為移動交流用電設備提供穩定可靠的電能。

2 逆變電源的工作模式

逆變電源工作在如圖1所示的四象限模式下，實現能量從交流側移動設備和儲能電池的雙向流動。一、三象限逆變電源向移動負載設備輸出電能，二、四象限逆變電源從移動設備回收能量。

3 逆變電源的模型

電流內環控制結構框圖如圖3，經過電流霍爾采集逆變電源輸出電流 與設定電流值 做差運算，通過 調節，產生給定信號 。設定電壓 前饋疊加電容電壓，在輸出濾波電感上得到電流控制信號。可得電流環傳遞函數

圖4 電壓外環控制結構框圖

電壓外環控制結構框圖如圖4，經過電壓霍爾采集輸出電壓信號 與設定值 做差運算，通過 調節，產生給定信號 。電感電流信號前饋得到電流的誤差信號 ， 乘上電流霍爾系數1/ ，疊加電感電流，在輸出電容上形成輸出電壓信號。可得電壓環傳遞函數

5 仿真與實驗

逆變電源的參數如下，直流側電源電壓Vd = 200V，開關頻率10KHz，三角載波峰值5V，電流霍爾0.2V/A，電壓霍爾100：1，濾波電感1mH，濾波電容30uF，負載20Ω。仿真波形如下

圖5在0.0875秒，設置負載突變為10Ω。輸出電壓的動態響應過程為2m秒，動態響應速度快，波形質量無明顯變化。圖6帶整流橋負載，輸出電壓波形諧波低，電能質量高。

6 結論

雙環控制方案的逆變電源動態響應加快，帶寬范圍大，輸出電壓的諧波含量小，非線性負載適應能力強。

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