本文以TMS320F2812高性能DSP控制器為核心，設(shè)計(jì)了高頻鏈逆變器的控制系統(tǒng)及部分硬件電路，該逆變電源的主電路采用全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇電壓瞬時(shí)值反饋的單閉環(huán)控制方案，可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流通。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該控制策略的可行性及有效性。

　　1 高頻鏈逆變電源的拓?fù)浜驮?/p>

　　全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，它由高頻逆變器、高頻變壓器和周波變換器3部分組成。工作時(shí)，按能量傳遞方向來看，該逆變器工作在兩個(gè)不同狀態(tài)。當(dāng)輸入電源向負(fù)載傳遞功率時(shí)，高頻鏈逆變器將直流電壓能源變換為脈動(dòng)的電流能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能式高頻變壓器中，周波變換器將該高頻脈動(dòng)電流低頻解調(diào)，經(jīng)濾波后得到低頻交流電，供電給負(fù)載。負(fù)載向輸入電源回饋能量時(shí)，高頻逆變器工作在整流狀態(tài)，周波變換器工作在調(diào)制狀態(tài)。

　　全橋雙向電流源高頻鏈逆變器是以反激式(Flyback)功率變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。按照輸出電壓uo和輸出電流io的極性劃分，該逆變器具有4種工作模式A，B，C，D，每一種工作模式的結(jié)構(gòu)拓?fù)涠枷喈?dāng)于一個(gè)Flyback功率變換器，而且對(duì)于不同的負(fù)載，逆變器的工作模式順序不同。

　　當(dāng)uo>0，io>0時(shí)，逆變器工作在模式A，VM1和VM4高頻斬波，VM5常通。Ui，L1，L2，VM1，VM4，VM5，VD6，C，Z構(gòu)成一個(gè)Flyback變換器，電源Ui向負(fù)載Z傳輸能量。

　　當(dāng)uo<0，io>0時(shí)，逆變器工作在模式B，VM5高頻斬波，VM6常通。Li，L1，L2，VM5，VM6，VD1，VD2，VD3，VD4，C，Z構(gòu)成一個(gè)Flyback變換器，負(fù)載Z向電源Ui回饋能量。

　　當(dāng)uo<0，io<0時(shí)，逆變器工作在模式C，VM2和VM3高頻斬波，VM6常通。Ui，L1，L2，VM2，VM3，VM6，VD5，C，Z構(gòu)成一個(gè)Flyback變換器，電源Ui向負(fù)載Z傳輸能量。

　　當(dāng)uo>0，io<0時(shí)，逆變器工作在模式D，VM6高頻斬波，VM5常通。Ui，L1，L2，VM5，VM6，VD1，VD2，VD3，VD4，C，Z構(gòu)成一個(gè)Flyback變換器，負(fù)載Z向電源Ui回饋能量。

　　當(dāng)逆變器帶感性負(fù)載時(shí)，輸出電流的基波分量io落后于輸出電壓uo，其控制原理波形如圖2所示。從圖中可以清晰地看到，控制原理波形與上述4種工作模式是一一對(duì)應(yīng)的。逆變器工作順序?yàn)锳→B→C→D。

　　2 高頻鏈逆變電源控制系統(tǒng)

　　2.1 控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　控制系統(tǒng)以TMS320F2812為核心，主要包括電壓模擬量采樣電路、電壓電流過零信號(hào)檢測電路和MOSFET驅(qū)動(dòng)電路等。現(xiàn)場采集到的電壓模擬量經(jīng)過模擬信號(hào)調(diào)理電路送入DSP的ADC單元，由DSP定時(shí)采樣并完成A/D轉(zhuǎn)換，DSP將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)與參考正弦電壓信號(hào)做比較得到誤差信號(hào)，再根據(jù)DSP捕獲單元捕獲到的系統(tǒng)輸出電壓電流過零信號(hào)情況，輸出脈沖信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路，完成對(duì)主電路的控制。

　　2.2 控制系統(tǒng)的硬件電路

　　2.2.1 電壓、電流檢測及調(diào)理電路

　　系統(tǒng)需要檢測輸出電壓的瞬時(shí)值及輸出電壓過零信號(hào)和輸出電流過零信號(hào)，作為反饋?zhàn)兞恐罝SP。系統(tǒng)輸出電壓采集電路使用線性光耦HCNR200實(shí)現(xiàn)隔離采樣。HCNR200具有高線性度、低成本、高穩(wěn)定度及可靈活設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，適合采樣電路的工作要求。該電壓采集系統(tǒng)中，先將輸出電壓分壓，然后經(jīng)過線性光耦HCNR200實(shí)現(xiàn)反相采集信號(hào)，幅值為1;再經(jīng)過反相比例加法器使得采集到的交流電壓信號(hào)大小在0～2.5 V之間，中心值為1.25 V;再經(jīng)過限幅保護(hù)送至DSP的A/D端。電壓檢測電路圖如圖3所示。

　　輸出電流過零信號(hào)采集電路的主要原理是利用運(yùn)算放大器的飽和截止特性，將電流霍爾傳感器LA58-P采集到的電流信號(hào)反相比例放大，通過選擇較大的放大倍數(shù)，使運(yùn)算放大器工作在飽和狀態(tài)，這時(shí)輸出波形近似雙極性方波，再經(jīng)過IN4148二極管整形及分壓后得到幅值為3.3 V單極性方波，送至DSP的I/O接口，電路如圖4所示。輸出電壓過零信號(hào)采集電路與之相似，只是換用線性光耦HCNR200采集電壓信號(hào)而已。