劉藝超

（科華數(shù)據(jù)股份有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

逆變器的各并聯(lián)橋臂開關(guān)管驅(qū)動頻率相同，載波相位錯開一定角度運行的電路拓撲稱為逆變器交錯并聯(lián)拓撲。當并聯(lián)橋臂為兩路時，采用載波交錯180°的調(diào)制方法可實現(xiàn)最好的諧波特性。逆變器交錯并聯(lián)拓撲的兩路并聯(lián)橋臂的濾波電感共用同一濾波電容組成LC濾波電路，就濾波電容而言具有開關(guān)頻率倍頻的效果，同時輸出總電流紋波是兩路橋臂輸出電流紋波錯相180°后的疊加值，如圖1所示，總電流紋波幅值顯著減小[1-2]。電流紋波頻率提高的同時紋波幅值減小，可以降低對磁性元件的要求，減少使用的濾波器個數(shù)，提高電源系統(tǒng)的瞬態(tài)響應特性從而提高電源系統(tǒng)的功率密度[3]。因此交錯并聯(lián)拓撲在高功率密度的電力電子產(chǎn)品設(shè)計時深受開發(fā)者的青睞。

圖1 兩路并聯(lián)橋臂交錯并聯(lián)的電流紋波

交錯并聯(lián)拓撲帶來益處的同時，也帶來了一些技術(shù)問題。常見的交錯并聯(lián)拓撲軟件控制方法，比較突出的問題是均流效果不佳，它繼而引起一系列的問題：①橋臂中開關(guān)管的溫升差異增大，降低了系統(tǒng)的可靠性；②系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)流增大，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；③降低了系統(tǒng)的效率等性能指標。

本文提出一種逆變器交錯并聯(lián)拓撲第二路逆變橋臂電感電流差拍采樣和控制的方法，可以解決常見的無差拍采樣控制方法均流控制效果不佳的問題。以兩路I型三電平逆變橋臂交錯并聯(lián)的逆變器為樣機平臺進行實驗，測試結(jié)果表明差拍采樣控制方法能得到較好的均流效果。

1 問題分析

圖2為兩路I型三電平逆變橋臂交錯并聯(lián)拓撲，圖3為交錯并聯(lián)拓撲的控制框圖。控制上采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制架構(gòu)，電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)均采用PI 控制。為了實現(xiàn)交錯并聯(lián)拓撲兩路電感電流的均流，電流環(huán)兩路獨立分開控制和調(diào)制，共用同一個電壓外環(huán)。電壓外環(huán)將逆變電壓參考值與實際逆變電壓采樣值進行誤差比較后通過PI調(diào)節(jié)，得到電流內(nèi)環(huán)的電感電流參考值。電流內(nèi)環(huán)將給定的電感電流參考值與實際采樣到的橋臂電感電流值進行誤差比較后通過PI 調(diào)節(jié)，進而最終調(diào)制出實際的PWM 波驅(qū)動開關(guān)管。

圖2 兩路I型三電平逆變橋臂交錯并聯(lián)拓撲

從圖3控制框圖可知，兩路橋臂控制傳遞函數(shù)的差異點為內(nèi)環(huán)的實際電感電流采樣值，當兩路電感電流不是在相對同一參考點采樣時，環(huán)路很難控制在均流狀態(tài)。

圖3 逆變器交錯并聯(lián)拓撲的控制框圖

圖4為常見的交錯并聯(lián)拓撲軟件控制時序圖，在第一路逆變橋臂載波過零點進入DSP中斷，隨后進行兩路電感電流AD采樣和環(huán)路控制，在下次載波過零點完成PWM裝載工作。

圖4 無差拍采樣控制的軟件時序圖

圖5為常見的交錯并聯(lián)拓撲無差拍采樣控制時序?qū)碾姼须娏鞑蓸硬ㄐ危瑑陕凡⒙?lián)橋臂電感電流的均流效果不佳。通過分析交錯并聯(lián)拓撲軟件控制時序，發(fā)現(xiàn)兩路電流環(huán)的控制時序存在如下不一致：①采樣時刻電感電流的位置不一致；②從控制更新時刻到PWM裝載時刻的延時時間不一致。

圖5 無差拍采樣控制時序?qū)牟蓸硬ㄐ?/p>

2 解決方案

交錯并聯(lián)拓撲第二路逆變橋臂電感電流采用差拍采樣和控制的方法，使兩路電感電流在相對同一參考點進行采樣和控制，可以解決上述的兩個不一致。圖6為第二路延時半拍采樣的軟件控制時序圖。在第一路逆變橋臂載波過零點進入DSP中斷，隨后進行第一路電感電流AD采樣和環(huán)路控制，延時半拍后再進行第二路電感電流AD采樣和環(huán)路控制。在第一路逆變橋臂載波的下次過零點完成第一路PWM波裝載，延時半拍后在第二路載波的過零點完成第二路PWM波裝載[4-5]。

圖6 第二路延時半拍采樣控制的軟件時序圖

程序?qū)崿F(xiàn)步驟：中斷頻率與載波頻率一致，依據(jù)“任務分配”實現(xiàn)交錯并聯(lián)拓撲第二路逆變橋臂電感電流延時半拍進行采樣和控制。

Step1：第一路采樣；

Step2：其它任務；

Step3：第一路控制；

Step4：其它任務（確保程序執(zhí)行至此，消耗了一半的中斷時間）；

Step5：第二路采樣；

Step6：第二路控制；

Step7：其它任務。

圖7為交錯并聯(lián)拓撲第二路延時半拍采樣控制時序?qū)碾姼须娏鞑蓸硬ㄐ?，對比圖5可以發(fā)現(xiàn)，改進之后的控制時序可以較好地實現(xiàn)兩路電感電流的均流效果。

圖7 第二路延時半拍控制時序?qū)碾姼须娏鞑蓸硬ㄐ?/p>

3 結(jié)語

本文提出的一種逆變器交錯并聯(lián)拓撲第二路逆變橋臂電感電流采用差拍采樣和控制的方法，可以解決兩路橋臂采樣時刻電感電流的位置不一致和從控制更新時刻到PWM波裝載時刻的延時時間不一致這兩個問題，從而使兩路交錯并聯(lián)橋臂達到較好的均流效果，并通過實驗驗證了方案的可行性，為產(chǎn)品的可靠運行和指標性能優(yōu)化奠定了良好基礎(chǔ)。