DSP控制SPWM全桥逆变器直流偏磁的研究

入隔直电容，降低了功率传递效率，影响了逆变器的动态特性。

3）选择饱和压降和存储时间特性一致的功率开关管用于SPWM全桥逆变器，减小控制电路的脉宽失真和驱动延时。

4）在动态情况下限制控制信号的最大变化率，使正负半波尽量对称，但这样却降低了逆变器的动态响应速度。

5）逆变器采用软启动和软关机技术，使变压器

控制技术

图4抗直流偏磁数字PI控制器

剩磁很小，防止开机时产生瞬态饱和。 此外，一些资料也提出了一些抗直流偏磁的控制方案，如文献[1]提出的逐脉冲电流检测法，文献[2]提出的电流型PWM控制法，文献[3]提出的采样保持法，文献[4]提出的双环控制法等等，但这些方法均只适用于DC/AC/DC变换器中的逆变器部分。文献[5]提出的静态补偿和适时补偿法较好地解决了SPWM全桥逆变器中存在的直流偏磁问题，但却属于模拟控制。本文通过采样输出变压器原边电流，通过数字PI控制器来调整触发脉冲宽度，较好地解决了全数字化SPWM逆变电源中存在的直流偏磁问题。

3数字PI抗直流偏磁

在SPWM全桥逆变器中，输出变压器的原边电流为折算到原边的副边电流与原边的励磁电流之和。如上所述，当发生直流偏磁时，在第一或第三象限，变压器铁心相对导磁率μr迅速减小，某一方向的励磁电流Iμ以指数规律迅速增大，导致输出变压器原边电流的直流分量也迅速增大。因此，SPWM全桥逆变器的直流偏磁问题，可归结为输出变压器原边电流的直流分量的产生和迅速增长的问题。如果能将原边电流的直流分量迅速检测出来，并加以控制使之减小，就可以解决直流偏磁问题，使SPWM全桥逆变器正常运行。

在输出变压器中，励磁电流一般仅占原边电流的2％，因此原边电流直流分量的检测必须首先滤除励磁电流中的基波及高频成分，然后再将剩下的直流分量放大后用于控制。励磁电流中直流分量的提取有硬件提取和软件提取两种方法。硬件提取可先经有源滤波，再通过A/D口读入直流量实现；软件提取则通过原边电流瞬时双极性A/D采样并通过一定的滤波算法来实现。

图4给出了SPWM全桥逆变器抗直流偏磁数字PI控制器的原理框图。对控制器而言，要求原边电流直流分量以最小误差收敛到零，并满足一定的动态指标。

数字PI控制器使误差Ie（K）为一个很小的值，误差Ie(K)定义为Ie(K)=0－i1dc(K)(3)

式中：i1dc(K)为所提取的原边电流直流分量。

数字PI控制器根据i1dc(K)来产生所要求的控制量u(z)=KpIe(z)＋Ie(z)(4)

采用增量式PI控制算法，其增量表达式为：

u(K)=u(K－1)＋Δu(K)（5）
Δu(K)=Kp[Ie(K)＋Ie(K－1)]＋KIIe(K)（6）

数字PI控制器在过去几十年里得到了广泛的应用，其实现简单直观、鲁棒性好、可靠性高，在一定的运行范围内可以获得较为满意的控制效果。在本文中，采样输出变压器原边电流用于反馈，通过数字PI控制器得出的控制量可用于对SPWM驱动脉宽进行修正，以减小原边电流中的直流分量，把变压器的直流偏磁限制在较小的范围之内。

此外，在程序中也采用软启动技术，使变压器剩磁很小，防止开机时产生瞬态饱和。为防止驱动脉冲过窄而丢失造成直流偏磁，对SPWM驱动波形的最小占空比进行了限制。为避免空载－满载或满载－空载等动态过程中，励磁电流急剧增大而烧毁功率开关管，程序中还采用了直流母线电流滞环封锁技术：当直流母线电流超过滞环上限值时，则封锁相应驱动脉冲，直到电流减小到滞环下限值时，再开放控制脉冲，从而避免逆变颠覆，有效地保护了开关管。

4 物理实现和实验结果

本文采用德州仪器公司（TI）提供的DSP芯片TMS320F240来实现SPWM全桥逆变器的数字控制。TMS320F240具有许多优良的特性，诸如采用先进的哈佛型结构、50ns指令周期时间、16×16位硬件乘法器、32位算术逻辑单元、544字×16位片内RAM、16k字×16位片内FLASHROM及224k字×16位存储器地址范围。为适用于功率变换器领域，TMS320F240还集成了先进的外围设备，包括含12路PWM通道的事件管理器模块、双10位A/D转换模块、基于锁相环的时钟模块、看门狗定时器、串行通信

DSP控制SPWM全桥逆变器直流偏磁的研究

（a）驱动波形（b）uab波形

（a）i1波形（b）uo波形

图5实验波形

接口、串行外设接口、6种外部中断和28个独立编程多路复用I/O引脚。

本文介绍的数字PI抗直流偏磁方案已在一台直流175～320V输入，交流400Hz、230V、6kW输出的××艇中频逆变电源中得到应用。为简化驱动电路的设计，提高可靠性，主电路采用三菱公司的IPM模块PM200DSA120。