基于電感電流模式的雙環(huán)數(shù)字控制器設計方案

摘要：功率變換器的數(shù)字化實時控制是電力電子技術的一個重要發(fā)展方向。提出了一種新型的基于電感電流模式的雙環(huán)數(shù)字控制器，給出了詳細的設計過程，仿真和實驗結果驗證了數(shù)字控制器設計的正確性。
　　關鍵詞：數(shù)字控制；電感電流模式；雙環(huán)控制
　　1引言
　　隨著信息處理技術的不斷發(fā)展，尤其是計算機的廣泛應用和Internet的迅猛發(fā)展，供電系統(tǒng)的可靠性要求越來越高，因此對不間斷電源（UPS）技術指標的要求也越來越高。UPS的核心部分是一個恒頻恒壓逆變器，由于傳統(tǒng)模擬控制需要使用大量的分立元器件，老化和溫漂嚴重影響了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性?；?a target='_blank' class='arckwlink_none'>DSP的數(shù)字控制技術能大大改善產(chǎn)品的一致性，同時增加了控制的柔性，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性［1］。本文主要提出了一種數(shù)字控制的UPS逆變器結構，詳細論述了控制系統(tǒng)的參數(shù)設計。
　　2系統(tǒng)結構
　　圖1是本文提出的數(shù)字控制UPS逆變器的結構框圖。主電路采用了全橋結構，控制電路是以TI公司的電機控制專用DSP芯片TMS320F240為核心的全數(shù)字控制器［2］。Lf和Cf為逆變器的輸出濾波電感和濾波電容，rL和rC分別為濾波元件的串聯(lián)寄生電阻?？紤]到控制的精確性和產(chǎn)品的成本，控制系統(tǒng)采用了電阻取樣，主功率電路與控制電路共地的系統(tǒng)控制方法。Rs1和Rs2為輸出電壓取樣電阻，Rc為電感電流取樣電阻。電壓和電流取樣信號通過采樣網(wǎng)絡，輸入到DSP的A/D轉換口。DSP的PWM模塊輸出4路PWM信號經(jīng)過驅(qū)動電路之后驅(qū)動4個IGBT管。
　　
　　圖1 UPS逆變器結構框圖
　　3控制系統(tǒng)設計
　　3．1數(shù)字雙環(huán)控制器結構
　　逆變器的控制有許多方案［3］，本文的UPS逆變器采用了電感電流模式的數(shù)字雙環(huán)PI控制方法，具體的逆變器數(shù)字控制框圖如圖2所示。圖中的虛線框內(nèi)部分為逆變器的主電路，Vref為存儲在DSP程序空間內(nèi)的正弦波數(shù)據(jù)表，VAB為逆變橋兩橋臂中點間的電壓。為了抑制反饋量中的高頻噪聲，提高采樣的精確性，反饋通道中增加了阻容低通濾波器。電壓誤差信號經(jīng)過數(shù)字PI調(diào)節(jié)之后的輸出作為電流環(huán)的指令，電流誤差信號再經(jīng)過比例調(diào)節(jié)得到電流環(huán)輸出。電流環(huán)輸出與定時器產(chǎn)生的三角波比較后得到四路門極脈沖。