在逆变电源众多的电流控制技术中,滞环电流控制(Hysteresis current control)是较简单而用途比较广泛的一种方法。它是一种优越的非线性控制方法,电路实现简单、稳定性高、具有内在电流限制功能、动态响应快的特点。
滞环控制型逆变电源按其调制方式可分为两态调制和三态调制。两态调制只有输入能量和回馈能量两个状态,所以在半个输出周期内,脉冲调制波是双极性变化的。而三态调制除了有输入能量和回馈能量两个状态外,还有续流状态,在半个输出周期内,脉冲调制波是单极性调制。传统滞环电流控制两态调制功率级电路多采用半桥式电路拓扑结构,而三态调制功率级电路多采用全桥式电路拓扑结构。这两种调制方法相比,前者调制频率高,动态响应速度快,但是电流脉动大,而且由于没有续流状态因而回馈能量较大,电路输出效果不好。为了改进不足之处,本文将滞环电流控制两态调制功率级电路用一种双降压式电路拓扑代替了传统的半桥式电路拓扑,并与采用全桥式电路拓扑的滞环电流控制三态调制进行了比较。
1 滞环电流控制的工作原理及稳态分析
滞环电流控制是采用电压电流双闭环控制,将输出电流作为控制系统的内环,不仅可以大大提高系统的稳定性,而且可以改善逆变电源的动态性能和稳态性能。滞环电流控制逆变电源的系统结构如图1所示[2]。
图1中, k i、k u表示电流和电压调节器的增益,kmi、kmu表示电流和电压的反馈系数,km为逆变器滞环PWM放大增益,R为负载电阻。在此忽略反馈信号高频滤波环节及滤波电感的等效电阻的影响。图1所示的控制系统中,电流内环对包含在环内的扰动起到及时的调节作用,提高了系统的稳定性、动态特性;电压控制外环用于确保输出电压跟踪正弦参考电压,同时对滤波电感的参数变化起到及时的补偿作用。
系统的稳定性分析:整个系统的开环传递函数为
由此可以画出系统的根轨迹图如图2所示。
从图2可以看出,根轨迹的渐近线与虚轴平行,渐近线与实轴的交点为σ K=-b/2=-(1/RC +kikmkmi/L )/2。由于σK主要由kikmkmi/L决定,负载R的变化对σ K没有太大的影响。即使系统空载时,系统的闭环极点也是远离虚轴,位于负半平面。因此,系统有着较小的动态调整时间和较小的超调量。
2 两种调制方式的工作原理与分析
2.1 三态电流滞环调制工作原理所谓三态电流滞环调制就是将电感电流作为反馈量与给定电流进行比较,如图3所示。
当反馈电流超过滞环上限时VT2、VT3导通,电感电流减小。当反馈电流超过滞环下限时VT1、VT4导通,电感电流增大。当反馈电流在滞环以内时,VT2、VT4导通,电感电流进行续流。因此,两桥臂中点电压U AB就有+U ,-U ,0三种状态,即+1,-1,0三种状态。