一种恒脉宽输出的逆变器控制电路及其运行方式制造技术

本实用新型专利技术公开了一种恒脉宽输出的逆变器控制电路及其运行方式，用于实现逆变器单极性运行。所述逆变器控制电路是由采样模块、反相器、微处理器dsPIC、参考电压发生模块、求和积分模块、比较异或模块、单稳态触发器和驱动电路八部分组成。在所述电路控制下，逆变器输出脉冲宽度恒定，且等于单稳态触发器暂稳态维持时间。每个周期的时间由参考电压、求和积分模块和比较异或模块控制，在一个周期内输出电压等于参考电压。所述控制电路具有输入电压调整性好、鲁棒性强、抑制负载变化能力强、控制简单的优点，不需要精确的数学模型，逆变器输出电压的大小和频率连续可调，输出正弦电压精度高。

A constant pulse width inverter control circuit and its operation mode

The utility model discloses a constant pulse width output inverter control circuit and a running mode thereof, which are used to realize the unipolar operation of the inverter. The control circuit of the inverter consists of eight parts: sampling module, inverter, microprocessor dsPIC, reference voltage generating module, summing and integral module, comparison or module, monostable flip-flop and driving circuit. Under the control of the circuit, the output pulse width of the inverter is constant, and it is equal to the steady state maintenance time of the monostable trigger. The period of each cycle is controlled by reference voltage, summation integral module and comparative XOR module. The output voltage is equal to the reference voltage in one cycle. The control circuit has the advantages of good input voltage adjustment, strong robustness, strong ability to restrain load change and simple control. It does not need accurate mathematical model. The output voltage and frequency of the inverter are continuously adjustable, and the output sinusoidal voltage is of high precision.

【技术实现步骤摘要】
一种恒脉宽输出的逆变器控制电路及其运行方式
本技术涉及一种逆变器控制电路，具体是一种恒脉宽输出的逆变器单极性控制电路及其运行方式。
技术介绍
逆变器的应用范围十分广阔，它广泛应用在电子类产品、光伏发电领域、军工产品、舰船及车辆供电等，在超级计算机、大型电子测控设备、大型强磁设备、高电压强电流实验平台、民航军航系统、军用大功率电磁设备及武器等方面也有广泛应用。目前，逆变器的控制方法多种多样。最常见的是PWM调制方法，具体包括SPWM技术和SVPWM技术。重复控制可以提高系统稳态性能，增强系统抑制负载扰动的能力，同时可以改善输出电压波形，但其动态性能还需要进一步完善。无差拍控制动态响应速度快，输出波形畸变小、波形质量好，但是对逆变器数学模型精度要求高，系统的鲁棒性差。其他的控制方式还有神经网络控制、模糊控制、滑模变结构控制等，由于其对数学模型精确度或控制器要求过高，在逆变器控制中应用较少。与逆变器双极性PWM调制相比，单极性控制损耗低，电磁干扰小，高次谐波分量小，在控制中应用较多。
技术实现思路
本技术的目的是：设计一种逆变器控制电路，具有输入电压调整性好、鲁棒性强、抑制负载变化能力强、控制简单等优点。通过该电路实现逆变器输出电压的大小和频率连续可调，输出正弦电压精度高、畸变率低。为实现本技术之目的，采用以下技术方案予以实现：使逆变器工作在单极性运行方式下，其输出脉冲宽度恒定为Ton，且等于单稳态触发器暂稳态维持时间。对输出电压和参考电压之差积分，积分值为零时，逆变器开关状态发生变化。参考电压Vref由dsPIC产生。其计算方法是：对逆变器输出电压脉冲、电感电流和电容电压进行采样，通过与理想参考电压Vref’比较得到误差ΔVref，通过参考电压计算程序产生参考电压Vref，进而对逆变器开关频率进行调制，从而实现逆变器单极性运行。本技术所述逆变器控制电路是由采样模块、反相器、微处理器dsPIC、参考电压发生模块、求和积分模块、比较异或模块、单稳态触发器和驱动电路八部分组成。上述部分的连接方式为，采样模块包含高频变压器、电流互感器和电压互感器，高频变压器输入端与逆变器输出端连接，电流互感器输入端与滤波电感连接，电压互感器输入端与滤波电容连接。反相器输入端与采样模块中高频变压器输出端连接。采样模块的三路输出与微处理器dsPIC连接。参考电压发生模块输入端与微处理器dsPIC连接。求和积分模块两个输入端A、B分别与反相器和参考电压发生模块的输出端连接。比较异或模块的输入端B与参考电压发生模块连接，输入端A与求和积分模块的输出端C连接，输出端D与同或门输入端A和驱动电路的CMP端口连接。单稳态触发器输入端与比较异或模块输出端C连接，输出端与同或门输入端B连接。同或门输出端与驱动电路的XNOR端口连接。驱动电路输出端连接至开关管S1～S4门极。逆变器处于单极性控制下，正负半周期对称，现只讨论正半周期。其输出电压有两种情况：等于输入电压vin或0。逆变器输出电压为vin的时间恒为Ton。在该时间段内，求和积分模块输出电压VI为：逆变器输出为0的时间可变，设为toff。此时间段内积分器输出电压VI如下式所示：式(1)(2)中R为积分电阻值，CI为积分电容值。由(1)(2)两式可得：在式(3)中，等号左边是逆变器输出电压，等号右边是参考电压发生模块发出的参考电压，二者严格相等。下文中参考电压Vref的含义为：将目标正弦电压缩小固定倍数，用单片机控制参考电压发生模块发出的标准正弦电压，即用低电压来控制高电压，缩小倍数由电路结构和参数决定。本技术所述控制电路的具体运行方式如下。逆变器输出高电压高频脉冲，经采样模块采样得到电压较小的高频脉冲，与反相器连接，得到与逆变器输出端变化规律相反的电压脉冲，此信号作为求和积分模块的一路输入信号。逆变电路经过滤波器滤波后，得到的负载电压为正弦波。在采样模块中，对滤波电感电流、负载电压采样，使输出电压降至5V以内，与高频脉冲信号一起送入微处理器dsPIC的AD转换端口，离散为数字信号后读入dsPIC。本技术所述微处理器采用dsPIC单片机，单片机中存储的参考电压计算程序的流程为：开始→初始化→设定输出电压有效值和频率→读AD转换器→是否过电流过电压？——否→查询理想参考电压Vref’→计算参考电压→产生参考电压Vref→控制参考电压发生模块→设定电压是否变化？——否→返回读AD转换器；——是→返回设定输出电压有效值和频率；——是→保护装置动作→结束。参考电压发生模块在微处理器dsPIC的控制下，发出正弦参考电压，与反相器输出信号一起输入至求和积分模块。将两个信号进行求和、积分运算后，其输出信号与参考电压一同输入至比较异或模块，分别与地电位比较。两比较器经异或门输出至单稳态触发器，下比较器输出至驱动电路。单稳态触发器的输出信号与下比较器输出信号经同或门输入至驱动电路中，进而驱动逆变器的开关管，实现逆变器单极性运行。本技术由于采用上述结构，具有输入电压调整性好、鲁棒性强、抑制负载变化能力强的优点，不需要精确的数学模型，逆变器输出电压的大小和频率连续可调，输出正弦电压精度高、畸变率低。本技术由于采用dsPIC单片机作为处理器，具有可编程、低功耗等优点，自带看门狗定时器保证装置稳定运行，EEPROM使数据断电保存。自带AD转换模块简化了电路结构。dsPIC兼有DSP强大的数字处理功能，有利于实现精确的实时控制。与现有技术相比较，本技术的有益效果是，电路带负载能力强，输出电压和频率连续可调。通过改变单稳态触发器电容值就可以改变开关频率，与积分器参数无关，控制简单。附图说明图1是本技术所述逆变器控制电路的原理图。图2是本技术所述逆变器控制电路的运行方式流程图。图3是本技术所述逆变器控制电路的软件流程图。图4是本技术所述逆变器控制电路的参考电压算法流程图。图5是本技术所述逆变器控制电路的反相器电路原理图。图6是本技术所述逆变器控制电路的单稳态触发器电路原理图。图7是本技术所述逆变器控制电路的驱动电路原理图。附图标记：采样模块1、反相器2、微处理器dsPIC3、参考电压发生模块4、求和积分模块5、比较异或模块6、单稳态触发器7、驱动电路8。具体实施方式下面结合附图对本技术进一步说明：如附图1所示，所述逆变器控制电路是由采样模块1、反相器2、微处理器dsPIC3、参考电压发生模块4、求和积分模块5、比较异或模块6、单稳态触发器7和驱动电路8八部分组成。上述部分的连接方式为，采样模块1包含高频变压器、电流互感器和电压互感器，高频变压器输入端与逆变器输出端连接，电流互感器输入端与滤波电感连接，电压互感器输入端与滤波电容连接。反相器2输入端与采样模块1中高频变压器输出端连接。采样模块1的三路输出与微处理器dsPIC3连接。参考电压发生模块4输入端与微处理器dsPIC3连接。求和积分模块5两个输入端A、B分别与反相器2和参考电压发生模块4的输出端连接。比较异或模块6的输入端B与参考电压发生模块4连接，输入端A与求和积分模块5的输出端C连接，输出端D与同或门输入端A和驱动电路8的CMP端口连接。单稳态触发器7输入端与比较异或模块6输出端C连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种恒脉宽输出的逆变器控制电路，其特征在于，所述逆变器控制电路是由采样模块1、反相器2、微处理器dsPIC 3、参考电压发生模块4、求和积分模块5、比较异或模块6、单稳态触发器7和驱动电路8八部分组成；上述部分的连接方式为，采样模块1包含高频变压器、电流互感器和电压互感器，高频变压器输入端与逆变器输出端连接，电流互感器输入端与滤波电感连接，电压互感器输入端与滤波电容连接；反相器2输入端与采样模块1中高频变压器输出端连接；采样模块1的三路输出与微处理器dsPIC 3连接；参考电压发生模块4输入端与微处理器dsPIC 3连接；求和积分模块5两个输入端A、B分别与反相器2和参考电压发生模块4的输出端连接；比较异或模块6的输入端B与参考电压发生模块4连接，输入端A与求和积分模块5的输出端C连接，输出端D与同或门输入端A和驱动电路8的CMP端口连接；单稳态触发器7输入端与比较异或模块6输出端C连接，输出端与同或门输入端B连接；同或门输出端与驱动电路8的XNOR端口连接；驱动电路8输出端连接至开关管S1～S4门极。

【技术特征摘要】
1.一种恒脉宽输出的逆变器控制电路，其特征在于，所述逆变器控制电路是由采样模块1、反相器2、微处理器dsPIC3、参考电压发生模块4、求和积分模块5、比较异或模块6、单稳态触发器7和驱动电路8八部分组成；上述部分的连接方式为，采样模块1包含高频变压器、电流互感器和电压互感器，高频变压器输入端与逆变器输出端连接，电流互感器输入端与滤波电感连接，电压互感器输入端与滤波电容连接；反相器2输入端与采样模块1中高频变压器输出端连接；采样模块1的三路输出与微处理器dsPIC3连接；参考电压发生模块4输入端与微处理器dsPIC3连接；求和积分模块5两个输入端A、B分别与反相器2和参考电压发生模块4的输出端连接；比较异或模块6的输入端B与参考电压发生模块4连接，输入端A与求和积分模块5的输出端C连接，输出端D与同或门输入端A和驱动电路8的CMP端口连接；单稳态触发器7输入端与比较异或模块6输出端C连接，输出端与同或门输入端B连接；同或门输出端与驱动电路8的XNOR端口连接；驱动电路8输出端连接至开关管S1～S4门极。2.根据权利要求1所述的一种恒脉宽输出的逆变器控制电路，其特征在于，在求和积分模块5中，电阻R1右端与反相器2输出端连接，电阻R2右端与参考电压发生模块4输出端连接；R1左端与R2左端连接，同时与运算放大器反相输入端和电容C1右端连接；电容C1的左端与运算放大器输出端连接；运算放大器同相输入端与地连接。3.根据权利要求1所述的一种恒脉宽输出的逆变器控制电路，其特征在于，比较异或模块6由异或门和上、下两个比较器组成；上比较器同相输入端与求和积分模块5输出端C连接，下比较器同相输入端与参考电压发生模块4输出端连接，上下两比较器的反相输入端同时与地连接，上下两比较器输出端分别与异或门连接，异或门输出端与单稳态触发器7连接。4.根据权利要求1所述的一种恒脉宽输出的逆变器控制电路，其特征在于，驱动电路8的CMP端口与比较异或模块6输出端D连接；CMP端口和单稳态触发器7输出端分别与同或门输入端A、B连接，同或门输出端与驱动电路8的XNOR端口连接；驱动电路8的S1～S4端口与逆变器开关管门极连接，AI1和AI2与逆变器两桥臂中点连接。5.根据权利要求1所述的一种恒脉宽输出的逆变器控制电路，其特征在于，采样模块1对逆变器输出电压脉冲、电感电流和滤波器输出电压采样，将电压脉冲信号送入反相...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文华，胡琦，孟喆，郑杭，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津,12