中北大学2012届毕业设计说明书
2.3 控制电路
控制电路的功能是按要求调解并产生一系列控制脉冲来控制逆变开关管的导通和关断，从而配合逆变的主电路完成逆变功能。逆变控制电路的形式多种多样，从大的方面分为模拟电路和数字电路。以下给出了控制系统的结构框图和某逆变器的数字控制电路基本框图。后者是：数字信号输入和模拟信号输入指各种反馈量，以及保护、检测量等信号，单片机检测到各种信号后根据预先设定的程序或控制策略进行计算，然后通过数模输出控制信号，经放大后控制高频电力电子电路来实现DC-AC变换，交流输出经变压器变换后即可得到所需的交流电。
DC 逆变电路 AC 逆变变压器 AC 输出整流滤波电路 Vo Vref 调节器 时间比例控制及脉冲形成电路 输出反馈电路
图2.2 逆变器的数字控制电路基本框图
2.4 逆变电路
这部分电路时逆变电源的主体部分，主要有各种开关器件组成，用来实现主要的DC-AC变换。
下面是一个三相三桥臂电路的基本框图。直流输入VDC经开关器件组成的桥式逆变后输出三相交流电。该逆变电路较适用于三相对称负荷场所。
第6页 共32页
中北大学2012届毕业设计说明书
图2.3 三相逆变电路基本框图
2.5 辅助和保护电路
辅助电路包括控制系统所需的各种电源、显示等电路。
保护电路的主要保护功能包括：输入过压、欠电压保护；输出过载、短路保护；开关管超温保护；完善的保护能确保逆变系统稳定、安全和可靠工作的保障。 2.6 控制策略
有了控制电路和逆变电路，还需合适的控制策略来实现具体的DC-AC转换。输入量
Vi送到逆变电路后变换为输出Vo,为了保证逆变电路输出的稳定，降低输出的谐波含量，一般对逆变电路中开关管进行高频PWM控制，通过调整PWM波的占空比来进行调节输出的大小。控制电路根据实际输出量与给定参考量的误差进行调节，控制PWM发生器的占空比，并结合保护电路对逆变电路的开关管进行控制，使输出电压达到参考电压值。随着PWM工作频率的提高，逆变电路中的磁性元件体积会缩小，电路滤波电感和电容的参数也可以减少，因而逆变电路的功率密度会提高。在逆变电源控制系统中的PWM调制信号一般是由三角形载波和正弦调制波经比较器比较后产生的，称为SPWM调制,其中正弦调制波的大小由参考电压Vref和输出反馈的误差信号经调节器运算后产生，驱动逆变电路的开关管工作在高频PWM状态。
采用PWM控制技术的主要目的之一是为了解决逆变电源输出地谐波问题，高频PWM控制不仅可以有效地减少输出电压的谐波含量，而且可以方便的调节输出电压的大小。而PWM产生的方法也是多种多样的，采用模拟方式来实现PWM控制具有电路简单的优点，
第7页 共32页
中北大学2012届毕业设计说明书
但控制策略不容易更改，且存在诸如受参数影响大，调节比较困难和稳定性不好等缺点。采用单片机技术实现PWM控制则能有效的避免模拟电路的上述缺陷，比较突出的优点是：基于单片机控制的逆变电源在控制策略的选取、更改上有较大的自由度。通过采取适当饿控制策略，能不断提高该类逆变电源的性能，也大大延长了其生命力。
第8页 共32页
中北大学2012届毕业设计说明书
3 逆变电源的PWM控制策略
随着全控型开关器件的出现并广泛应用，PWM技术就成为电力电子技术中十分重要的控制策略，PWM的产生与实现方法也层出不穷。归纳起来，PWM的实现方法大致可以分为：载波比较法、采样法、空间矢量法、谐波消除法等。由于采用了PEM控制策略，故可以方便的调节逆变电源的输出电压大小，且可以以有效地减低逆变电源的输出谐波含量。
采样法常用语数字控制技术中，为了实现数字控制，必须将来内需变化的正弦波控制信号通过采样来离散化处理，使载波和控制波均处理成为数值量后再进行计算比较，产生PWM波。
采样控制理论中有一条重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节输入时，其输出效果基本相同。这里所说的冲量是指窄脉冲的面积，俗称“伏秒积”，效果基本相同是指输出响应的波形基本相同。把输出波形进行傅立叶变换分析，其低频段特性非常接近，仅在高频段有差异。这个理论是PWM控制的理论基础。
把一个正弦半波分成N等份，采用规则采样法(常用的也有自然采样法等，但规则采样法更适用于数字控制，计算简便)，把每一等份的正弦曲线与横轴包围的面积用与它面积相等的等高不等宽的矩形脉冲代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等份的中点重合。根据冲量相等效果相同的原理，这样的一系列矩形脉冲与正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。像这样脉冲的宽度按照正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，就是SPWM(Sinusoida PWM)控制的理论基础。
全桥逆变器的控制脉冲按SPWM调制方式，有单极性、双极性和单极性倍频调制三种。
(l)双极性SPEM调制
全桥逆变器采用双极性PWM控制方式时，见下图。载波为全波三角波。用正弦波与三角波进行比较，正弦波大于三角波的部分，输出为正脉冲，小于部分输出负脉冲。在开关切换时，负载端电压极性非正即负，电流变化率较大，对外部干扰较强。负载端电压脉冲列是由不同宽度调制的正负直流电压组成。
第9页 共32页
中北大学2012届毕业设计说明书
图3.1 双极性SPEM原理波形
(2)单极性PWM调制
采用单极性控制时，在正弦波的半个周期内，其电压输出幅值为单极性，在开关状态切换时，负载端电压先变为零，负载电流在零电压卞自然续流衰减，在控制时间到时再恢复翰出直流电压，其半周期的脉冲列是由零和正(负)直流电压组成。该控制方式的特点是功率开关管承受的电压应力较小，电流变化率小，功耗也要小，因此对系统及外部设备千扰小。
(3)单极性倍频SPWM调制
第10页 共32页