“階梯波疊加—諧波抵消”技術在DC/AC變換中應用

鄭和俊 穗貴良

摘 要：本文以二次電源設計為背景，介紹DC/AC正弦變換的設計思路，著重分析了“階梯波疊加-諧波抵消”技術在該二次電源中設計與運用，通過與現今其它開關狀態的主流DC/AC正弦波變換技術的比較，進一步了解“階梯波疊加-諧波抵消”的特點。

關鍵詞：階梯波疊加-諧波抵消；DC/AC正弦變換

隨著航空技術的發展和作戰要求，對軍用裝備的安全、可靠、長時地工作方面提出了更高要求，我們設計的換流器DC/AC變換輸出，就必需保證波形是符合陀螺電機使用的正弦（或余弦）規律變化的三相交流波形。

DC/AC變換器設計

1. 主要技術指標

輸入：28V直流電壓；

輸出：電壓：三相正弦有效值36V；

頻率：1000Hz；

負載：負載電流不大于1.8A；

失真度：不大于5%；

每相不均勻負載不大于10%。

1. “階梯波疊加-諧波抵消”方案的確立

當前，開關狀態的主流DC/AC正弦波變換技術，不外乎三種本質，即：

（1）PWM脈寬調制準方波諧振濾波技術；

（2）SPWM正弦脈寬調制技術；

（3）“階梯波疊加-諧波抵消”技術。

三項技術應用于不同場合，各有利弊。

第（1）項PWM脈寬調制準方波諧振濾波技術。它的輸出本是方波狀態，只不過在方波輸出端加設了諧振濾波器，預先濾除并消耗掉大部分高次諧波而成正弦波輸出。由于諧振濾波器易受負載類型干擾，故帶非線性負載能力差，且效率低，只適用于單相或三相小功率場合，我們不宜選取。

第（2）項SPWM正弦脈寬調制技術，是在PWM脈寬調制基礎上發展起來的新型變換技術。它的基本原理是依據一正弦波幅值規律調制產生多級PWM脈沖頭而進行開關功率放大輸出。由于其調制過程中已完成大部分高次諧波抵消，所以輸出濾波容易，體現出效率高、電路簡單的優點，適宜于單相或三相中、大功率變換輸出。但該電路仍存在帶非線性負載能力不強、輸出功率開關管易受干擾沖擊失效等缺點，特別是在同時產生六相正弦交流輸出方面，該方案已變得復雜繁瑣，無優勢可言。因此，也非我們所選擇的理想方案。

對于（3）項“階梯波疊加-諧波抵消”技術，我廠開發應用比較早，認識比較足，技術成熟。它基本原理基于多級相移一定電導角的低壓幅值準方波預先經開關功率放大后，按正弦（或余弦）幅值規律、以階梯方式疊加后抵消大部分高次諧波而形成正弦（或余弦）交流輸出。它的突出優點是適宜于直流DC27V輸入環境、帶均衡非線性負載能力強、變換效率高。特別是在三相、六相乃至九相交流變換中，電路相對以上方案來得簡單。

“階梯波疊加-諧波抵消”技術

“六分相準方波疊加-諧波抵消”方案，是我們實現雙三相DC/AC變換的主要手段，對于六相準方波，彼此相移30°電導角以一定幅值規律疊加，抵消一定高次諧波。

2）六分相準方波疊加在沒有輸出濾波器的情況下波形失真度為：

為保證換流器波形失真度滿足技術指標，輸出端加入濾波器，便可達到不大于5%。

3 結語

本文以某型號電源中DC/AC變換器設計為主線，詳細介紹了“階梯波疊加-諧波抵消”技術的特點及變換原理。目前DC/AC變換的方案很多，設計方案還需要根據實際工作要求、特點和使用環境進行選取。

參考文獻：

[1]張占松，蔡宣三.開關電源的原理與設計.電子工業出版社，1998.

[2]丁玉美，高西全.數字信號處理（第二版）.西安電子科技大學出版社，2001.