两种典型控制方法在逆变器控制器中的比较

摘要：对比分析了逆变器控制中的电容电流反馈和电感电流反馈两种控制方式。推导了控制器的控制模型，分析了控制器的设计方法，给出了各种突加负载及恒定负载状态下的实验结果，指出了两种控制方法的特点以及优缺点。实验在800VA的逆变器中进行,逆变器的开关频率是30kHz，输出电压是400Hz,115V有效值的正弦波。

关键词：电容电流；电感电流；控制器

0 引言

逆变器可以采用的控制方法种类繁多，不同的控制方法都有其独特的优点及适用场合[1][2]。从控制环路的角度看，可以分为开环控制、单环控制、双环控制以及多环控制。

开环控制无论在静态特性或动态特性方面都无法满足UPS逆变器的要求。为了获得逆变器输出电压良好的静态和动态特性，可以采用输出电压单环瞬时值反馈控制。这种控制方法能够实时地调节输出电压的波形，比较好地抑制元器件的非线性特性和直流母线电压波动带来的影响，在一定程度上改善了逆变器的静态和动态特性。但是由于这种控制方法只有单电压环控制，当负载发生比较大的动态变化时（如负载的电流突然变大），逆变器的输出电压会有比较大的畸变，而且动态调节比较慢。由于这种系统是二阶振荡环节，负载越轻，动态调整时间越长，且轻载时闭环系统的根轨迹靠近虚轴，系统稳定性差。为了进一步提高逆变器的控制特性，可以采用双环和多环控制，由于多环控制比较复杂，目前实际应用中采用很少。双环控制由于控制性能良好，控制方便而得到了较多的应用。本文针对输出电压和滤波电容电流反馈以及输出电压和滤波电感电流反馈的两种典型双环控制方法进行了对比分析。

1 两种反馈环路的逆变器控制模型

图1是全桥逆变器的主电路图，Vd是直流电压源，S1～S4是4个IGBT开关管，L和C是滤波电感和滤波电容，用于滤除逆变系统中的高次谐波。rL和rC是滤波电感和滤波电容的等效串联阻抗。ZL是负载，负载可以是纯阻性也可以是非线性等。图1所示的逆变器主电路图由于开关器件的存在是个非线性系统。但是，当器件的开关频率远远大于逆变器输出电压的基波频率时，可以用状态空间平均和线性化技术来分析。按照图1所示，可以得到下面的逆变器模型的动态方程：

（1）

（2）

v0=（3）

iL=iC＋iZ（4）

式中：iC，iL，iZ分别是电感、电容、负载的电流。

图1 全桥逆变器的主电路

上面的动态方程显示了逆变器中各个量的相互关系。在上面建立方程的过程中，逆变器可以看作一个具有恒定增益的放大器。以前面的动态方程为基础，可以设计一个如图2和图3所示的控制器模型。其中的系数定义如表1所列。

图2 电感电流反馈逆变器控制模型原理框图

图3 电容电流反馈逆变器控制原理框图