發布日期：2022-04-17 點擊率：109
【導讀】本篇文章主要對逆變電源的消諧問題進行了較為全面的介紹與分析，希望通過本文的介紹能夠讓大家領悟逆變電源的實時控制。
逆變電源在電路中的作用異常重要，對于UPS、中篇電源等設備來說，逆變電源是其最為重要的核心部件之一。因此逆變電源的輸出電壓與頻率問題成為了人們所關注的焦點。如何降低諧波含量與改善輸出波形一直是眾多研究者們一直在不斷探索的課題。
本篇文章當中，小編將對逆變電源的消諧技術進行介紹，目前領域當中較為常見的減低諧波含量的調節方式有兩種，第一種，對逆變電源的開關管進行高頻PWM調制，使逆變器輸出為高頻等幅的PWM波；第二種，通過改變逆變電源主電路拓撲結構，在主電路上進行波形重構以實現階梯波形輸出，減小低階高次諧波含量。
諧波頻率與開關頻率脫不開關系，當諧波越小，就意味著開關頻率越高，這一特點對于高頻PWM調制尤其明顯。而波形重構方式往往需要多個逆變器來實現電壓的疊加。波形重構的級數越多，出現的最低諧波次數越高，但主電路和控制電路也越復雜，相應地控制難度也越大，輸出電壓的調節也不甚方便，因此這種方式通常只在大功率逆變電源中采用。
理論分析表明，早在1973年提出的消諧控制策略能有效地克服上述問題，它只需要較少的開關脈沖數即可完全消除容量較大的低階高次諧波，取得很好的濾波效果，具有開關頻率低、開關損耗小、電壓利用率高、濾波容量小等許多優點，是實現逆變電源PWM控制的理想方法。然而該方法經過近二十年的研究至今仍未實際應用，其主要原因是消諧模型的求解復雜，難以獲得實時控制效果。隨著科學技術的不斷進步，這一問題終究會得到解決，從而使消諧方法走向實用。
消諧PWM模型的分析
利用PWM調制來調節輸出電壓和降低諧波含量是目前最為普及的技術，在中小功率逆變電源中應用非常廣泛，PWM的生成方法也很多。消諧PWM控制就是一種經過計算的PWM控制策略，其基本方法是：通過PWM控制的傅里葉級數分析，得出傅里葉級數展開式，以脈沖相位角為未知數，令某些特定的諧波為零，便得到一個非線性方程組，該方程組即為消諧PWM模型，按模型求解的結果進行控制，則輸出不含這些特定的低次諧波。消諧模型的建立是與PWM控制方式相關的，以電壓型逆變器為例，根據不同的PWM特點，建立的模型可歸納為兩種：即單極性脈沖控制模型和雙極性脈沖控制模型。
圖1單相電壓型逆變器電路
如圖1所示，若在正半周內使開關器件S1、S4處于通斷變換狀態時，而S2、S3一直關斷，則輸出為單極性正脈沖，而在負半周對開關器件S2、S3通斷控制，而S1、S4一直關斷，則輸出為單極性負脈沖，因此脈沖波形可用圖2（a）表示。在這種控制方式下，為了降低開關損耗，可使同一橋臂中的一個開關管（如S2或S4）在半個周期內一直處于導通狀態。PWM波形的獲得靠橋臂的另一個開關管的通斷來實現。圖2（a）波形的傅里葉級數表達式為：
若每個橋臂上的兩個開關器件是互補通斷的，則輸出PWM波形為雙極性的，此時的傅里葉級數展開式為：
在上述兩個模型中，若在1/4周期內有N個脈沖，則可用來消除N-1個特定的諧波。
消諧模型的求解算法
消諧模型以往都是采用牛頓迭代法來求解，其初值的選取與迭代過程所需的時間及收斂性質密切相關，若初值選得不好，離真實解距離太遠，將導致迭代運算時間很長甚至不收斂，而在求解前要獲得離真實解不遠的初值并非一件容易的事，若要設想在實時調節過程中進行求解運算，則迭代初值的獲取更為困難。當然文獻雖然總結了一套選取初值的辦法，但仍不是最有效的方法。為了改善收斂特性，也可在牛頓迭代算法中采用超松弛因子，但是這種方法將使收斂速度變慢，不利于快速求解。1999年后，研究者提出了運用同倫方法求解消諧模型的新算法。
利用同倫算法求解消諧模型，可以有效地避免牛頓迭代方法對迭代初值敏感的缺點，并且具有收斂速度快、收斂范圍廣、計算容易等特點，是實現消諧模型求解的理想算法。
從以上的講解中大家也能夠看到，實際上逆變電源非常適合于消諧控制設計。但其中的實時控制問題卻一直存在，導致不能完全得到發揮。本篇文章主要對逆變電源的消諧問題進行了較為全面的介紹與分析，希望通過本文的介紹能夠讓大家領悟逆變電源的實時控制。
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