CN110429847A - 一种双Buck逆变器开关管驱动信号生成方法及电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种双Buck逆变器开关管驱动信号生成方法及电路。该方法主要是：将电流内环的输出信号作为调制波信号，分为两路；其中一路的调制波信号与第一三角载波信号叠加输出，作为第一桥臂开关管的驱动信号；另一路的调制波信号与第二三角载波信号叠加并经反相器输出，作为第二桥臂开关管的驱动信号；设所述第一三角载波信号的波谷值为0，波峰值为Vm，Vm>0，则所述第二三角载波信号为第一三角载波信号加上负向直流偏置‑Vm。本发明通过特定关联并调整两个桥臂开关管载波信号，简单有效地改善了双Buck逆变器输出电流波形过零点畸变的问题，并简化了驱动电路。

Description

一种双Buck逆变器开关管驱动信号生成方法及电路
技术领域
本申请涉及双Buck逆变器技术领域，尤其涉及一种双Buck逆变器开关管驱动信号生成方法及电路。
背景技术
双Buck逆变器作为一种新型的逆变拓扑，具有结构简单、硬件成本低、无桥臂直通、高可靠性、高效率的特点。在逆变电源使用中，装置的输出精度和并网电流波形质量是电源设备质量好坏的重要指标。
双Buck逆变器现有的调制方式主要有采用单输出电流采样的SPWM调制方式和采用双输出电流采样的SPWM调制方式。对于采用双输出电流采样调制方式进行闭环控制时，虽然能够实现双Buck逆变器输出电流的精确控制，但是会导致两个开关管之间出现很大的环流，而且增加了电流互感器的使用数量从而导致硬件成本增大。采用单输出电流采样的SPWM方式时，可以减少电流互感器的使用数量降低了硬件成本，但在如图2所示的单CT电流采样双闭环控制结构中，电流环输出结果是一个高频正弦信号，导致图2中的A1信号在过零点出现很大抖动，采用传统的调制方式时会导致逆变器输出电流波形在过零点出现较明显畸变。故此很难保证输出正弦度良好的电流波形。
发明内容
本发明目的是针对双Buck逆变器现有技术存在输出电流过零点较明显畸变的问题，提出一种改进的双Buck逆变器开关管驱动信号生成方法及电路。
本发明的技术解决方案是：
一种双Buck逆变器开关管驱动信号生成方法，基于单输出电流采样的SPWM闭环控制，采集双Buck逆变器的输出电压和输出电流，分别送入电压外环和电流内环；该开关管驱动信号生成方法主要是：将所述电流内环的输出信号作为调制波信号，分为两路；其中一路的调制波信号与第一三角载波信号叠加输出，作为第一桥臂开关管的驱动信号；另一路的调制波信号与第二三角载波信号叠加并经反相器输出，作为第二桥臂开关管的驱动信号；设所述第一三角载波信号的波谷值为0，波峰值为Vm，Vm>0，则所述第二三角载波信号为第一三角载波信号加上负向直流偏置-Vm。
可进一步优化两路三角载波信号为：设标准三角载波信号的波谷值为0，波峰值为Vm，Vm>0，则所述第一三角载波信号为标准三角载波信号加上负向直流偏置-Va，-Vm<-Va<0；所述第二三角载波信号为标准三角载波信号加上正向直流偏置Vb，0<Vb<Vm，使得两个三角载波信号产生部分重叠。
相应地，本发明还提供了一种双Buck逆变器开关管驱动电路，基于单输出电流采样的SPWM闭环控制，包括电压外环和电流内环；其特征在于：所述电流内环的输出端分为两路，一路经第一比较器输出作为第一桥臂开关管的驱动信号，另一路依次经第二比较器、反相器后输出作为第二桥臂开关管的驱动信号；第一比较器和第二比较器的正输入端均接电流内环的输出端；第一比较器和第二比较器的负输入端分别接第一三角载波信号和第二三角载波信号；设所述第一三角载波信号的波谷值为0，波峰值为Vm，Vm>0，则所述第二三角载波信号为第一三角载波信号加上负向直流偏置-Vm。
可进一步优化两路三角载波信号为：设标准三角载波信号的波谷值为0，波峰值为Vm，Vm>0，则所述第一三角载波信号为标准三角载波信号加上负向直流偏置-Va，-Vm<-Va<0；所述第二三角载波信号为标准三角载波信号加上正向直流偏置Vb，0<Vb<Vm，使得两个三角载波信号产生部分重叠。
优选地，电压外环采用比例积分控制器，电流内环采用比例控制器。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过特定关联并调整两个桥臂开关管载波信号，简单有效地改善了双Buck逆变器输出电流波形过零点畸变的问题，并简化了驱动电路。
附图说明
图1是双Buck逆变器主电路拓扑。
图2是传统的双Buck逆变器双闭环控制及调制结构。
图3是改进的双Buck逆变器双闭环控制及调制结构。
图4是双Buck逆变器两个开关管载波生成示意图。
图5是双Buck逆变器两个开关管载波部分重叠示意图。
图6是传统方案的双Buck逆变器输出电流波形。
图7是采用图5所示特定载波生成方法的双Buck逆变器输出电流波形。
具体实施方法：
参见图1，双Buck逆变器拓扑结构是由两个直流电压源，两个开关管，两个二极管以及两个输出滤波电感组成。进行闭环控制时需要采集双Buck逆变器输出端电压和输出电流，电压外环采用比例积分控制器，电流内环采用比例控制器。参见图2，调制生成双Buck逆变器开关管PWM波时需要产生A1方波信号，电流环输出结果是一个高频正弦信号，导致A1信号在过零点出现很大抖动，而采用传统的调制方式时会导致逆变器输出电流在过零点存在较明显畸变。故此同样很难保证输出正弦度良好的电流波形。
如图3所示，改进后的双Buck逆变器开关管驱动电路，电流内环的输出Verror分为两路，一路经第一比较器输出作为第一桥臂开关管的驱动信号dr1，另一路依次经第二比较器、反相器后输出作为第二桥臂开关管的驱动信号dr2；第一比较器和第二比较器的正输入端均接电流内环的输出端。第一比较器和第二比较器的负输入端分别接第一三角载波信号tr1和第二三角载波信号tr2。
本发明的双Buck逆变器载波信号生成原理参见图4，第一桥臂开关管的三角载波信号波谷值为0，波峰值为Vm(Vm>0)，将第一桥臂开关管载波信号加上幅值为-Vm的直流偏置信号，便可得到第二桥臂开关管的三角载波信号，能够保证两个开关管半周期分时导通。该特定的两个开关管载波生成方法可有效改善双Buck逆变器输出电流过零点畸变的问题。参见图5，将图4所示的第一桥臂载波信号向下偏移Va(0<Va<Vm),将第二桥臂载波电压向上偏移Vb(0<Vb<Vm)，可使得两个开关管的载波电压出现部分重叠，导致两个开关管之间存在环流，虽然会增大变换器的损耗，但会进一步有效消除逆变器输出电流过零点畸变问题。
对比图7与图6，可以看出，本发明有效地改善了双Buck逆变器输出电流波形过零点畸变的问题。

Claims (6)

1.一种双Buck逆变器开关管驱动信号生成方法，基于单输出电流采样的SPWM闭环控制，采集双Buck逆变器的输出电压和输出电流，分别送入电压外环和电流内环；其特征在于：将所述电流内环的输出信号作为调制波信号，分为两路；其中一路的调制波信号与第一三角载波信号叠加输出，作为第一桥臂开关管的驱动信号；另一路的调制波信号与第二三角载波信号叠加并经反相器输出，作为第二桥臂开关管的驱动信号；设所述第一三角载波信号的波谷值为0，波峰值为Vm，Vm>0，则所述第二三角载波信号为第一三角载波信号加上负向直流偏置-Vm。
2.一种双Buck逆变器开关管驱动信号生成方法，基于单输出电流采样的SPWM闭环控制，采集双Buck逆变器的输出电压和输出电流，分别送入电压外环和电流内环；其特征在于：将所述电流内环的输出信号作为调制波信号，分为两路；其中一路的调制波信号与第一三角载波信号叠加输出，作为第一桥臂开关管的驱动信号；另一路的调制波信号与第二三角载波信号叠加并经反相器输出，作为第二桥臂开关管的驱动信号；设标准三角载波信号的波谷值为0，波峰值为Vm，Vm>0，则所述第一三角载波信号为标准三角载波信号加上负向直流偏置-Va，-Vm<-Va<0；所述第二三角载波信号为标准三角载波信号加上正向直流偏置Vb，0<Vb<Vm，使得两个三角载波信号产生部分重叠。
3.一种双Buck逆变器开关管驱动电路，基于单输出电流采样的SPWM闭环控制，包括电压外环和电流内环；其特征在于：所述电流内环的输出端分为两路，一路经第一比较器输出作为第一桥臂开关管的驱动信号，另一路依次经第二比较器、反相器后输出作为第二桥臂开关管的驱动信号；第一比较器和第二比较器的正输入端均接电流内环的输出端；第一比较器和第二比较器的负输入端分别接第一三角载波信号和第二三角载波信号；设所述第一三角载波信号的波谷值为0，波峰值为Vm，Vm>0，则所述第二三角载波信号为第一三角载波信号加上负向直流偏置-Vm。
4.根据权利要求3所述的双Buck逆变器开关管驱动电路，其特征在于：电压外环采用比例积分控制器，电流内环采用比例控制器。
5.一种双Buck逆变器开关管驱动电路，基于单输出电流采样的SPWM闭环控制，包括电压外环和电流内环；其特征在于：所述电流内环的输出端分为两路，一路经第一比较器输出作为第一桥臂开关管的驱动信号，另一路依次经第二比较器、反相器后输出作为第二桥臂开关管的驱动信号；第一比较器和第二比较器的正输入端均接电流内环的输出端；第一比较器和第二比较器的负输入端分别接第一三角载波信号和第二三角载波信号；设标准三角载波信号的波谷值为0，波峰值为Vm，Vm>0，则所述第一三角载波信号为标准三角载波信号加上负向直流偏置-Va，-Vm<-Va<0；所述第二三角载波信号为标准三角载波信号加上正向直流偏置Vb，0<Vb<Vm，使得两个三角载波信号产生部分重叠。
6.根据权利要求5所述的双Buck逆变器开关管驱动电路，其特征在于：电压外环采用比例积分控制器，电流内环采用比例控制器。
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