摘要：研究了一种基于数字控制的逆变器，该方案采用电压瞬时值环控制，以提高输出稳定性，同时兼顾输出动态性能。反馈电路中采用增量式pi法则，并对pi增量及pi输出进行限幅控制,避免因误扰动造成输出的不稳定，进一步确保系统的稳定性与动态性能。采用tms320lf2407a来实现算法，并进行了一个输出最大值为200v，输出功率为500w的逆变器实验。

关键词：逆变器；电压环控制；增量式pi；dsp控制

引言

目前，逆变器应用最为广泛的pwm技术中，spwm控制具有很多优点。其控制技术主要有电压瞬时值单环反馈、电流瞬时值单环反馈、电压电流双环反馈环控制及电压空间矢量控制。电压环使系统有较好的稳定性，瞬时值反馈则增强系统的动态性能。电压环采用pi控制，其中比例环节及时反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差；积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。相对于位置式控制，增量式控制误动作影响小，必要时可以用逻辑判断的方法去掉；且手动/自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换；同时其算式中不需要累加，比较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。

图1

相对于数字控制，传统的模拟控制已暴露诸多缺点：需要大量的分立元器件和电路板，制造成本比较高；大量的模拟元器件使其之间的连接相当复杂；模拟器件的老化问题和不可补偿的温漂问题，以及易受环境干扰等因素都会影响控制系统的长期稳定性。随着微处理器的可靠性与质量的不断提高，数字控制已经在逆变控制中占据着主导地位[3]，本文提出了一种基于dsp控制的方案。

图2

1 逆变器建模

单相全桥逆变器如图1所示，e为输入直流电压，s1～s4为开关管，l为滤波电感，r为电感等效内阻，c为滤波电容，r为负载。

将电感用ls表示，电容用1/cs表示，可推导出输出电压vo（s）与ab两点间电压vi（s）之间的传递函数g（s）如式（1）所示。

忽略电感等效内阻，则式（1）可简化为

在一个开关周期中，当s1及s4导通时，vi为－e；当s2及s3导通时，vi为e。由于开关频率与输出频率相比为400，故一个开关周期中可以用平均值代替瞬时值。

vi=ed＋(－e)(1－d)=(2d－1)e （3）

本方案采用双极性spwm，故

d=1/2[1+(vm/vrti)]=1/2[1+(vmsinωt)/vtri] （4）

式中：vm为正弦波信号，vm=vmsinωt；

vtri为三角载波峰值。

则调制比m为

m=(vm/vtri) （5）

将式（5）代入式（3）可得

vi≈vi=(e/vtri)vm （6）

转化为频域有

vi(s)/vm(s)=e/vtri （7）

由式（7）与式（1）可得式（8）

此即逆变器输出传递函数，由此可得逆变器的等效框图如图2所示。

2 控制方案设计

本系统采用电压环反馈，为提高动态性能，采用瞬时值控制。电压环控制中，采用增量式pi控制，同时对其算法进行了优化，确保输出具有较好的稳定性。控制器采用ti公司的tms320lf2407a，其最高工作频率可达40mhz，能够较好地实现以上算法。

图3

2.1 电压环设计

忽略电感等效内阻，电压环等效框图如图3所示。

图中：kpwm为pwm环节等效增益，其大小为调制波到逆变器ab两端输出的增益；

k为反馈回路中的电压采样系数。

图3可简化为图4。

图4