滯環(huán)電流控制是一種簡(jiǎn)單的Bang-Bang控制方案,，易于實(shí)現(xiàn)，且具有很強(qiáng)的魯棒性和快速響應(yīng)能力,，廣泛應(yīng)用于逆變電源[1],、有源濾波[2]、電機(jī)控制[3],、并網(wǎng)發(fā)電[4]等場(chǎng)合,。但滯環(huán)電流控制的主要缺點(diǎn)是開關(guān)頻率不固定,。準(zhǔn)確掌握開關(guān)頻率的分布范圍是進(jìn)行電路(特別是濾波器)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、諧波分析,、損耗計(jì)算的基礎(chǔ),，具有重要研究意義。現(xiàn)有滯環(huán)電流控制頻率分析方法[5-8],，忽略了一些非理想環(huán)節(jié)(如延時(shí)環(huán)節(jié))的影響,，同真實(shí)情況間存在較大誤差。參考文獻(xiàn)[5-8]等直接給出的仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果,，缺乏與頻率理論計(jì)算的相互驗(yàn)證,。本文將對(duì)逆變器滯環(huán)電流控制進(jìn)行更準(zhǔn)確的分析：首先分析考慮延時(shí)環(huán)節(jié)后滯環(huán)電流控制的詳細(xì)物理過程；得出延時(shí)環(huán)節(jié)對(duì)實(shí)際電流改變量及瞬時(shí)開關(guān)頻率的影響與表達(dá)式,；與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相驗(yàn)證,。

1 考慮延時(shí)兩態(tài)滯環(huán)電流控制分析
    在圖1典型電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。Ud為輸入電壓,，開關(guān)S1,、S2構(gòu)成半橋型橋臂,橋臂中點(diǎn)A輸出的調(diào)制波經(jīng)L、C濾波后得到正弦電壓輸出,。采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)（滯環(huán)）雙環(huán)控制策略,。
    圖1中，電感電流iL經(jīng)反饋電路后轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼须娏鞣答佇盘?hào)iLs,，設(shè)反饋系數(shù)為Kif,，則iLs=Kif iL,；iLs與電流基準(zhǔn)（電壓環(huán)輸出）iR相減得電流誤差信號(hào)ie,；ie再經(jīng)滯環(huán)比較器得到PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)主電路功率管開關(guān),，控制電感電流在設(shè)定的正負(fù)環(huán)寬內(nèi),。當(dāng)ie大于正環(huán)寬時(shí)，滯環(huán)比較器輸出低電平,，逆變橋中點(diǎn)A輸出-1態(tài),，電感電流下降；當(dāng)ie低于負(fù)環(huán)寬時(shí),，滯環(huán)比較器輸出高電平,，逆變橋中點(diǎn)A輸出+1態(tài)，電感電流上升,，總保持ie在正負(fù)環(huán)寬內(nèi),。

2 環(huán)寬、電流改變量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析
    由以上分析,，可以得出以下一些推論：
    (1)由于實(shí)際系統(tǒng)延時(shí)環(huán)節(jié)的影響,，實(shí)際電流改變量將大于設(shè)定的滯環(huán)環(huán)寬量值,。
    (2)Δh取值較大時(shí)，延時(shí)環(huán)節(jié)的影響可以忽略不計(jì),；但當(dāng)Δh取值較小時(shí),，延時(shí)環(huán)節(jié)在式(5)和式(6)中所占的比重很大，在兩態(tài)滯環(huán)電流控制分析與設(shè)計(jì)中必須加以考慮,。
    (3)環(huán)寬對(duì)電流改變量的控制是有限的,，環(huán)寬減小到一定程度后，延時(shí)環(huán)節(jié)將起主要作用,；電流改變量無法取很小的值,，至少要大于Δi1＋Δi2。
    通過原理樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證以上推論,。主電路采用雙buck逆變器[10],。該電路由兩個(gè)buck直流變換器組合得到，各提供一半的電感電流,，其詳細(xì)原理不再贅述,。樣機(jī)參數(shù)如下：直流側(cè)輸入母線電壓Ud=±180 V，輸出單相110 V/400 Hz,，反饋系數(shù)KiL＝0.333 Ω,。電流采樣使用LEM器件LA100-P，查閱其電氣參數(shù),，采樣延時(shí)σ1=50 ns,。實(shí)測(cè)系統(tǒng)控制延時(shí)σ2=4 μs。滯環(huán)比較器電路如圖1所示,，環(huán)寬為：
    
    這里需要先做如下說明：
    (1)環(huán)寬較大時(shí),，為維持輸出電壓波形質(zhì)量，第①組使用電感值大于后三組,。
    (2)表1對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)波形如圖4所示,。圖4(a)、圖4(b)中,，uo為逆變器輸出電壓,，iL1為正半周電感電流，uA,、uB分別為雙buck逆變器兩個(gè)橋臂中點(diǎn)輸出的調(diào)制波形,。iLS為電感電流反饋，有iLs=KiL ΔiL,，由于反饋系數(shù)KiL量綱為Ω,，電流反饋iLs已轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，單位V,；g2為雙buck逆變器負(fù)半周開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形,。
    (3)為了與圖4實(shí)驗(yàn)波形保持一致,，便于直觀比較，第①組數(shù)據(jù)計(jì)算的是電感電流改變量ΔiL(（單位：A）,；第②,、③、④組數(shù)據(jù)計(jì)算的是電感電流反饋改變量ΔiLs,，ΔiLs=KiL ΔiL（單位：V）,。

    (4)傳統(tǒng)分析中，電流反饋改變量即為滯環(huán)環(huán)寬,，表1中Δh亦表征傳統(tǒng)方法計(jì)算結(jié)果,。
      由表1、圖4可驗(yàn)證前述推論：
      (1)實(shí)際電流改變量大于設(shè)定環(huán)寬,，本文方法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果基本吻合,；傳統(tǒng)分析電流改變量計(jì)算結(jié)果偏低，誤差為hσ,；
      (2)本樣機(jī)的延時(shí)環(huán)節(jié)(主要是控制延時(shí))造成的電流改變量大于設(shè)定環(huán)寬Δh的量值,，其影響不能忽略不計(jì)；
      (3)由第②,、③,、④組數(shù)據(jù)，設(shè)定環(huán)寬值所占比重小,，設(shè)定環(huán)寬值減小對(duì)電流改變量影響小,，延時(shí)環(huán)節(jié)的影響起了主要作用。
3 開關(guān)頻率計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    由于延時(shí)環(huán)節(jié)的影響,，瞬時(shí)開關(guān)周期延長(zhǎng)了,，各次開關(guān)的瞬時(shí)開關(guān)頻率及平均開關(guān)頻率值均變低。而傳統(tǒng)方法計(jì)算出的開關(guān)頻率值必將高于實(shí)際值,，且在延時(shí)環(huán)節(jié)比重較大時(shí)存在較大誤差,。

    本文就延時(shí)環(huán)節(jié)對(duì)兩態(tài)滯環(huán)電流控制的影響進(jìn)行了分析,；推導(dǎo)出更吻合實(shí)際情形的瞬時(shí)開關(guān)周期表達(dá)式,；能較為準(zhǔn)確地分析出整個(gè)工頻周期內(nèi)各次開關(guān)頻率。延時(shí)環(huán)節(jié)使得電感電流改變量大于滯環(huán)環(huán)寬（亦可等效為環(huán)寬擴(kuò)大）,。當(dāng)延時(shí)時(shí)間折算環(huán)寬與設(shè)定環(huán)寬相當(dāng)時(shí),，其影響不能忽略；當(dāng)設(shè)定環(huán)寬減小到一定程度時(shí),，延時(shí)環(huán)節(jié)的影響將起主要作用,。
    瞬時(shí)開關(guān)周期可分解為兩部分，分別由設(shè)定環(huán)寬和延時(shí)環(huán)節(jié)引起,，均與瞬時(shí)輸出電壓的平方相關(guān),。該表達(dá)式能更準(zhǔn)確地反映實(shí)際情形,。
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