电流内环的参数设计 - 一种变频调压功率信号源的实现

2.1.1 电流内环的参数设计

　　为了达到较高的精度，在程序设计时将采样值做Q18的变化，(在DSP里只能进行定点数的计算，Q18是把浮点数转换为定点数的一个过程)即在原来的基础上乘以218，在设计参数的时候应该考虑该系数。内环电流环的增益为K1=(1/6)×218=43691，交越频率取1/5的开关频率，取开关频率为100kHz，Vdc取200V计算，则

　　

 

　　2.1.2 电压外环的参数设计

　　同样的，外环电压环的增益为K2=O.0109×218=2857;

　　取Kvp=O.1，Kvi=3140，即取PI环节补偿频率为5kHz。取开关频率为100kHz。其离散波特图如图4所示。从图4中可得，系统相位裕量为60°，满足稳定性要求。

　　

 

　　2.2 DC/DC级控制给定设计

　　本文采用DC/DC和DC/AC两级联合凋节，以达到功率信号源的高精度要求。DC/AC级采用双极性的逆变器凋压方式，幅度调制比为m=Usm/Ucm

　　式中：Usm为正弦调制波的幅值;

　　Ucm为三角载波的幅值。

　　在双极极性SPWM调压方法中，逆变桥的直流母线电压的利用率为

　　

 

　　在深度调制，即m值较小的情况下，uc和u8的交点贴近横轴，输出电压每个载波周期的宽度近于相等，即接近于方波，其输出谐波的幅值较高，会影响输出电压的精度，所以，m值越高越好。同时，为避免由于PWM控制脉波过窄和死区等因素使PWM脉波丢失，m值不宜取的太高。一般情况m取O.9。

　　当m一定时，根据该式和所要求的功率信号输出电压值可计算出DC/AC级的输入电压值，并由此给出DC/DC级输出电压的给定值。由于在基频50Hz的情况下，有时需要叠加0～30%的直流分量或者与2～9次的各次谐波，所以输出电压幅值作为参考。在不需要叠加的时候，当输出电压Vo已给定，则输出电压幅值Vom也相应给定，输入电压由公式

　　

 

　　确定，取m=0.9，则

　　

 

　　在叠加直流分量与谐波的时候，当输出基频的电压幅值与所叠加的直流分量或谐波的次数与幅值都给定后，则得到一个输出电压的幅值Vom，考虑功率MOSFET的通态压降等因索，输入电压给予一定的裕量，对上述公式进行一定的修正：

　　

 

　　考虑输出电压的稳定性，设置了一个Vdc的最小值，即当Vom>8V(这里的Vom包括不叠加的与叠加后的)时，Vdc=Vom/0.8，而当Vom

　　

 

　　在DSP里，逆变器输出电压的给定值是以一个单位正弦表(Q15)乘以一个给定值(Q10)的形式给出的，最终与逆变器输出电压的采样值比较的数是一个Q25的数(即单位正弦表里的数乘以系数225).所以输出电压最小可调步长为

　　

 

　　满足系统要求。

　　当输出频率改变时则调用变频子程序。由于输出电压频率从20"1000Hz可变，为了达到一定的精度要求，希望开关管的开关频率尽量高，在这里，采取分段的方式来进行设置，如图6所示。

　　

 

　　采取分段方式设置开关频率的目的是为了在整个频率范围内都有一个较高的开关频率，以提高精度并易于输出滤波。表l中给出了不同频率范围段的相位精度及最小可调步长。在20～100Hz情况下，最小可调步长小于O.1 Hz满足系统要求，在100Hz以上最小可调步长小于1 Hz也满足系统要求。这样，保证了在输出电压频率范围变化较大的情况下，开关频率的变化范围大概从60"126kHz，取L=1mH，C=0.47μF，截止频率约为73kHz，对上述开关频率的范围都可以达到较好的滤波效果。