[发明专利]消除过零振荡的全桥逆变器UPWM控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及单相全桥逆变器的控制方法，特别是一种消除过零振荡的全桥逆变控制方法。

背景技术

全桥逆变电路驱动控制具有双极性和单极性两种控制方法。双极性控制方式逆变波形失真度小，但是由于四臂开关管全部工作于高频状态，且滤波电感端电压在正母线电压和负母线电压来回切换，因此逆变损耗高，开关谐波大，滤波电感体积相对大。单极性控制方式相对于双极性控制逆变损耗低，电磁干扰少，但是该控制方式存在一个过零点振荡的问题，会导致输出波形失真度大。

单极性逆变驱动有两种产生SPWM的方法：单边SPWM和双边SPWM。单边SPWM控制方法是将给定的载波(正弦波)整流成正的，调制波(三角波)也是正的，如图1a所示。双边SPWM控制方法是给定的载波(正弦波)是一个完整的正弦波，调制波(三角波)当正弦波为正时是正的，当正弦波为负时是负的，如图1b所示。由于控制对象为正弦波电压，给定和反馈均为动态变化的正弦信号，即使系统处于稳态时也将一直存在静态误差。又由于电压环或电流环中存在积分环节，使得实际的误差信号与基准信号存在相位差，如图2a和图2b所示，E1为理想的与基准正弦同相位的误差信号，E2为实际的误差信号；SPWM1为期望的理想高频臂驱动信号，该信号随着正弦波逐步减小到零，到零后低频臂切换之后又从最大开始减小，与之互补的高频信号即从零开始增大，从而输出负半波正弦。SPWM2为实际的高频信号，由图2a和图2b可知，无论是单边控制还是双边控制，由于实际误差信号E2与基准正弦存在一定的相位差，导致在过零附近时的高频SPWM并不是按理想的情况产生，从而引起逆变电压过零振荡。

单相全桥逆变器拓扑及采用UPWM控制方式驱动波形如图3所示，UPWM：普通型单极性控制方式；图中，功率开关管S1和S2的驱动为互补的高频SPWM信号，功率开关管S3和S4的驱动为互补的低频信号。理想情况下，在正半波时，低频功率开关管S4持续导通，高频功率开关管S1驱动占空比从小到大，然后再从大到小，占空比包络类似于正弦波的趋势，逆变器输出正半波电压;在负半波时，低频功率开关管S4持续关断，与之互补的功率开关管S3持续导通，高频功率开关管S2驱动占空比从大到小，然后再从小到大，与之互补的功率开关管S2驱动占空比则是从小到大，再从大到小，包络类似于正弦波的趋势，逆变器输出负半波电压。

未经任何处理时实际情况如图5所示，当参考电压从正半波转成负半波时，低频开关管S4驱动信号从高变低，低频开关管S3从低变高，但此时高频开关管S2驱动占空比没有同步切换到最小值，仍维持较大的占空比，使得输出电压正半波没有缓慢减小到零就立即变成负压，从而产生过零波形振荡，使得波形失真度变大。

消除输出电压过零振荡目前有多种处理办法，方法一，通过加过零调整电路，在低频臂上下桥臂切换时将电流环上的积分电容短路，此时环路中只有比例环节，消除了误差信号与基准正弦的相差，但该方法需增额外的过零调整控制电路，控制复杂；方法二，采用数字化控制技术，按给定的正弦表点数进行过零切换，并对过零点前后的几个SPWM进行补偿等特别处理，但该方法的控制效果需根据实际调试情况调整，且不同的硬件参数补偿量不一定相同。

发明内容

针对以上技术背景所提到技术问题，本发明提供一种消除过零振荡的全桥逆变器UPWM控制方法。

本发明采用以下方案实现：一种消除过零振荡的全桥逆变器UPWM控制方法，所述全桥逆变器包括第一至第四功率开关管S1～S4，所述第一功率开关管S1与第二功率开关管S2串联，所述第一与第二功率开关管S1、S2的驱动信号为互补的高频SPWM信号，所述第三功率开关管S3与第四功率开关管S4串联，所述第二功率开关管S2漏极与所述第四功率开关管S4漏极相连接，所述第三与第四功率开关管S3、S4的驱动信号为互补的低频信号，其特征在于：

经过软件算法计算得出的第一功率开关管S1的高频SPWM信号占空比d，在整个正弦周期内|d|＜1，当d≥0时，D1=d，D2=1-d；当d＜0时，D1=1-|d|，D2=|d|；所述第四功率开关管S4的驱动信号根据第一功率开关管S1的高频SPWM信号占空比d的正负来同步切换，其中，d为经过软件算法计算出来的带正负符号的第一功率开关管S1的高频SPWM信号占空比，D1为第一功率开关管S1的驱动占空比，D2为第二功率开关管S2的驱动占空比。