CN201726331U - 一种逆变电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种逆变电源，包括逆变电路和为所述逆变电路提供驱动控制信号的控制回路；在所述控制回路中包括两级PI运算电路、一级微分运算电路和比较电路；其中，给定电压和反馈电压通过第一级PI运算电路进行比例积分调节后，输出到第二级PI运算电路的输入端；与此同时，反馈电压通过微分运算电路进行微分调节后也输出到所述第二级PI运算电路的输入端；所述第二级PI运算电路对输入的两路信号进行比例积分调节后，生成调制电压输出至比较电路；所述比较电路将调制电压与三角波电压进行比较后，生成驱动控制信号输出至逆变电路。通过该控制回路生成的SPWM信号，波形失真度低，控制逻辑正常，可以保证逆变电源运行的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于电源电路技术领域，具体地说，是涉及一种逆变电源中控制回路的电路设计。
背景技术
对于目前的逆变电源来说，一般都包括功率部分(即逆变电路)和控制部分(即与逆变电路相连接的控制回路)。其中，控制部分用于产生PWM脉冲信号，输出到功率部分的驱动控制端，通过改变逆变电路中开关元件(比如MOSFET、IGBT等)的通断时序，来控制逆变电路完成从直流母线电压到交流电压的逆变过程。
对于现有的PWM逆变电源的控制回路部分，特别是基于双极性调制的逆变器控制回路，其工作原理可以参见图1所示。其中，外环一般为电压控制环，将给定电压与功率部分输出的反馈电压进行比较后，送入PID运算单元进行PID调节，即进行比例、微分、积分调节，生成调制电压COMP后，再与三角波电压进行比较，以形成SPWM信号。将所述SPWM信号经过调制电路进行双极性调制处理后，生成双极性的SPWM信号，送入到逆变电源的功率部分，以控制功率部分中的开关元件通断。
采用图1所示的控制回路形成的调制电压，由于信号波形变化较为缓慢，且易受干扰，因此，造成所形成的SPWM信号不稳定，从而影响了整个逆变电源的失真度和可靠性。一般来讲，采用这种控制回路设计的逆变电源，其SPWM信号波形的失真度通常在0.3％甚至以上，而且会产生微小宽度的脉冲，如图1中的脉冲波形。将这种波形的SPWM信号输入到逆变电路的驱动控制端，容易造成控制逻辑的混乱，从而影响整个逆变电源运行的可靠性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高可靠性的逆变电源电路，通过对逆变电源内部的控制回路进行结构改进，从而减小了输出到逆变电路的SPWM信号波形的失真度，提高了整个逆变电源运行的可靠性。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种逆变电源，包括逆变电路和为所述逆变电路提供驱动控制信号的控制回路；在所述控制回路中包括两级PI运算电路、一级微分运算电路和比较电路；其中，给定电压和反馈电压通过第一级PI运算电路进行比例积分调节后，输出到第二级PI运算电路的输入端；与此同时，反馈电压通过微分运算电路进行微分调节后也输出到所述第二级PI运算电路的输入端；所述第二级PI运算电路对输入的两路信号进行比例积分调节后，生成调制电压输出至比较电路；所述比较电路将调制电压与三角波电压进行比较后，生成驱动控制信号输出至逆变电路。
为了对通过上述比较电路输出的驱动控制信号的波形进行整形，使波形的上升沿和下降沿变成垂直状态，本实用新型在所述比较电路与逆变电路之间进一步增设了整形电路，通过所述整形电路对比较电路输出的驱动控制信号的波形进行整形后，输出SPWM信号至逆变电路。
作为所述整形电路的其中一种设计方式，可以采用施密特触发器来对所述比较电路输出的驱动控制信号进行波形整形。
作为所述整形电路的另外一种设计方式，可以采用两级带反相器的施密特触发器相串联的方式来形成所述的整形电路。
进一步的，在所述整形电路与逆变电路之间还连接有调制电路，所述调制电路对整形电路输出的SPWM信号进行双极性调制处理后，输出双极性的SPWM信号至所述逆变电路的驱动控制端。
又进一步的，在所述第一级PI运算电路的输入端依次连接有滤波电路和差分比例运算电路；通过主处理器输出的给定电压依次经差分比例运算电路和滤波电路处理后，生成正弦波形的给定电压，输出至所述第一级PI运算电路的输入端。
再进一步的，所述主处理器通过数模转换器输出模拟的给定电压至所述的差分比例运算电路。
优选的，在所述滤波电路中包括依次串联的一阶低通滤波器和二阶低通滤波器，所述差分比例运算电路的输出端连接一阶低通滤波器的输入端，所述二阶低通滤波器的输出端连接所述第一级PI运算电路的输入端。
更进一步的，所述反馈电压取自逆变电源的输出端，通过差分比例运算电路处理后，输出至所述第一级PI运算电路的输入端。
此外，在所述比较电路的输入端还进一步连接有波形转换电路，通过主处理器输出的设定频率的方波电压通过所述波形转换电路转换成该设定频率的三角波电压后，输出至比较电路与所述调制电压进行比较，以生成所述的驱动控制信号。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的逆变电源通过在其控制回路中增加反馈电压的微分控制环节，从而使得所形成的调制电压在与三角波电压进行比较时，可以提高波形切割的稳定度。通过对比较后形成的SPWM信号的上升沿和下降沿作进一步整形处理，从而降低了最终形成的SPWM信号的失真度。由于在输入到逆变电路的SPWM信号中不再有微小宽度的脉冲产生，因此可以确保逆变电路的控制逻辑正常，从而提高了逆变电源运行的可靠性，为后级负载安全用电提供了保障。
结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是现有逆变电源中控制回路的电路原理框图；
图2是本实用新型所提出的逆变电源中控制回路的一种实施例的电路原理框图；
图3是图2所示控制回路的一种实施例的具体电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
实施例一，本实施例的逆变电源为了获得稳定的SPWM信号，在现有控制回路的基础上增加了反馈电压的微分控制环节，如图2所示。其中，通过逆变电源的输出端采样得到的反馈电压一方面输入到微分运算电路进行微分调节，以使其所含的载波成分的电压变化率增加；另一方面输入到第一级PI运算电路，与给定电压进行PI调节后，输出到第二级P I运算电路的输入端，与上述经过微分调节后的反馈电压再进行一次PI运算后，合成调制电压COMP。将所述调制电压COMP通过比较电路与三角波电压进行比较，以产生SPWM驱动控制信号。
在本实施例中，由于反馈电压经过微分运算电路调节以后，所含的载波成分的电压变化率增加，因此合成的调制电压COMP在与三角波电压进行比较时，三角波电压的变化率与含有载波的调制电压COMP的变化率正好相反，这样便能切割出稳定的SPWM波形。但是，由于此时的SPWM波形是通过比较电路输出的，其上升沿比较缓，下降沿比较陡，如果直接输入到调制电路，会使得电压的上升沿出现较大的抖动，从而造成较大的波形失真。
为了解决上述问题，本实施例在比较电路的输出端又进一步增设了整形电路，如图2所示，通过整形电路来判断比较电路输出的SPWM波形的高低电压的时刻在电压较陡的区域，从而可以使得抖动大大减小，以降低SPWM信号的谐波失真。
在本实施例中，所述整形电路可以采用一级施密特触发器来对比较电路输出的SPWM信号进行波形整形，以使波形的上升沿和下降沿变得垂直。当然，也可以采用两级带反相器的施密特触发器U9A、U9B相串联的方式来组建所述的整形电路，如图3所示，以对比较电路输出的SPWM信号的波形进行整形并做两次反相处理后，输出稳定的SPWM信号。
由此形成的SPWM信号，其失真度可以由原来的0.3％降低到0.1％以下，并且SPWM信号中不会再有微小宽度的脉冲出现。将所述SPWM信号送入到调制电路，以调制生成双极性的SPWM驱动控制信号，输出至逆变电路的驱动控制端，以控制其内部开关元件的通断时序，从而可以保证逆变电路的控制逻辑正常，实现直流母线电压到交流电压的稳定逆变输出。
图3为图2所示逆变电源控制回路的具体电路原理图。其中，反馈电压通过差分比例运算电路I进行处理后，一方面通过电阻R110与到第一级PI运算电路III的输入端；另一方面通过微分运算电路II处理后，输出到第二级PI运算电路IV的输入端。通过主处理器输出的数字格式的给定电压，通过数模转换器进行DA变换后，首先传输至差分比例运算电路VIII进行处理，以生成正弦波形的给定电压。由于此时的给定电压在其正弦波形上会带有很多的毛刺，因此需要增加滤波电路进行滤波处理，以生成设定频率和幅值的正弦波形的给定电压。将所述给定电压输入到第一级PI运算电路III的输入端，与反馈电压进行PI调节后，输出到第二级PI运算电路IV的输入端，与经过微分处理后输出的反馈电压再进行一级PI调节后，合成调制电压COMP，送入比较电路V与三角波电压进行比较。
在本实施例中，所述滤波电路可以采用一阶低通滤波器IX和二阶低通滤波器X串联组成，参见图3所示，以滤除给定电压正弦波上的毛刺信号。三角波电压可以通过主处理器输出的设定频率的方波信号(比如50KHz的方波)经波形转换电路VII变换成该频率的三角波电压(比如50KHz的三角波)，通过隔直电容C118输出至比较电路V的同相输入端+。所述比较电路V的反相输入端-接收第二级PI运算电路IV输出的调制电压COMP，对调制电压COMP和三角波电压进行比较后，切割出稳定的SPWM波形，进而通过整形电路VI消除抖动后，形成最终的SPWM信号输出至调制电路。
本实用新型的逆变电源，电路设计简单，逆变控制快速稳定，也可应用于程控变频电源和测试电源的电路设计中。
应当指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种逆变电源，包括逆变电路和为所述逆变电路提供驱动控制信号的控制回路；其特征在于：在所述控制回路中包括两级PI运算电路、一级微分运算电路和比较电路；其中，给定电压和反馈电压通过第一级PI运算电路进行比例积分调节后，输出到第二级PI运算电路的输入端；与此同时，反馈电压通过微分运算电路进行微分调节后也输出到所述第二级PI运算电路的输入端；所述第二级PI运算电路对输入的两路信号进行比例积分调节后，生成调制电压输出至比较电路；所述比较电路将调制电压与三角波电压进行比较后，生成驱动控制信号输出至逆变电路。
2.根据权利要求1所述的逆变电源，其特征在于：在所述比较电路与逆变电路之间还连接有整形电路，所述整形电路对比较电路输出的驱动控制信号的波形进行整形后，输出SPWM信号至逆变电路。
3.根据权利要求2所述的逆变电源，其特征在于：所述整形电路为施密特触发器。
4.根据权利要求2所述的逆变电源，其特征在于：在所述整形电路中包括两级带反相器的施密特触发器，两级施密特触发器相串联。
5.根据权利要求2所述的逆变电源，其特征在于：在所述整形电路与逆变电路之间还连接有调制电路，所述调制电路对整形电路输出的SPWM信号进行双极性调制处理后，输出至所述逆变电路的驱动控制端。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的逆变电源，其特征在于：在所述第一级PI运算电路的输入端依次连接有滤波电路和差分比例运算电路；通过主处理器输出的给定电压依次经差分比例运算电路和滤波电路处理后，生成正弦波形的给定电压，输出至所述第一级PI运算电路的输入端。
7.根据权利要求6所述的逆变电源，其特征在于：所述主处理器通过数模转换器输出模拟的给定电压至所述的差分比例运算电路。
8.根据权利要求6所述的逆变电源，其特征在于：在所述滤波电路中包括依次串联的一阶低通滤波器和二阶低通滤波器，所述差分比例运算电路的输出端连接一阶低通滤波器的输入端，所述二阶低通滤波器的输出端连接所述第一级PI运算电路的输入端。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的逆变电源，其特征在于：所述反馈电压取自逆变电源的输出端，通过差分比例运算电路处理后，输出至所述第一级PI运算电路的输入端。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的逆变电源，其特征在于：在所述比较电路的输入端连接有波形转换电路，通过主处理器输出的设定频率的方波电压通过所述波形转换电路转换成该设定频率的三角波电压后，输出至比较电路与所述调制电压进行比较。
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