專利名稱：Ups逆變器及其脈寬調(diào)制死區(qū)補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及UPS(不間斷電源)逆變器，更具體地說，涉及一種UPS逆變器及其PWM(脈寬調(diào)制)死區(qū)的補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
各種電子開關(guān)器件(如IGBT)都具有一定的開通和關(guān)斷時(shí)間。在橋式結(jié)構(gòu)的UPS逆變器中，同一橋臂上的兩個(gè)開關(guān)器件工作在互補(bǔ)的狀態(tài)。為防止在通斷切換瞬間因?yàn)椴焕硐氲年P(guān)斷而發(fā)生兩個(gè)開關(guān)器件直通短路現(xiàn)象，一般采用時(shí)間延時(shí)的控制方法，即在通斷切換時(shí)，關(guān)斷信號正常發(fā)出，而開通信號滯后于關(guān)斷信號一段時(shí)間，在此段時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)開關(guān)均保持關(guān)斷，形成一段控制死區(qū)。在UPS逆變器中，在此控制死區(qū)內(nèi)，因?yàn)殡姼须娏鞯拇嬖冢_關(guān)器件必須保持續(xù)流狀態(tài)，續(xù)流狀態(tài)的存在導(dǎo)致開關(guān)器件有“多余”的導(dǎo)通狀態(tài)，影響了逆變器的輸出電壓，從而導(dǎo)致輸出電壓畸變，并且對輸出電壓的影響會隨電流的方向而改變。
如圖1所示為一個(gè)單相逆變器，其中包含兩個(gè)直流電容C1和C2，正、負(fù)直流母線101、102，兩個(gè)開關(guān)器件K1、K2，逆變電感L和逆變電容C3，圖中Iind為電感電流，Iload為負(fù)載電流，Vout為逆變器輸出電壓，Vb為逆變橋臂的輸出電壓，其波形為PWM波。
圖2則用于示出控制死區(qū)對輸出電壓的影響，其中示出了理想的開關(guān)器件驅(qū)動波形、實(shí)際的驅(qū)動波形、理想的輸出電壓、以及電感電流大于0或小于0時(shí)的輸出電壓。從圖中可以看出，當(dāng)電感電流大于零時(shí)，實(shí)際逆變橋臂輸出電壓Vb比理想輸出電壓要??；而當(dāng)電感電流小于零時(shí)，實(shí)際逆變橋臂輸出電壓比理想輸出電壓要大。這樣必然導(dǎo)致逆變器輸出電壓Vout的畸變，影響輸出電壓的質(zhì)量。
現(xiàn)有技術(shù)中，一般是通過判斷電感電流的大小來進(jìn)行相應(yīng)的死區(qū)補(bǔ)償，如圖3所示。其中的基本控制單元31一般為穩(wěn)壓控制單元，用于生成電壓的基本控制量V31；而其中的死區(qū)補(bǔ)償單元32以電感電流Iind為其輸入，用于輸出補(bǔ)償控制量Vd。假設(shè)需要補(bǔ)償?shù)乃绤^(qū)量為Vset，則其控制率一般為 (表達(dá)式1)然后，由加法器33將基本控制量V31和補(bǔ)償控制量Vd相加，得到最終的輸出電壓控制量V32。這種補(bǔ)償方案需要依賴電感電流，而UPS逆變器中的逆變電感一般比較小，所以電感電流中含有很大成分的高頻分量，在很大范圍內(nèi)都為過零狀態(tài)，所以很容易導(dǎo)致死區(qū)補(bǔ)償振蕩，此方法很難有工程意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明要解決開關(guān)器件死區(qū)會導(dǎo)致逆變器輸出電壓不對稱、波形畸變等問題，以改善逆變器輸出電壓波形。
為解決上述技術(shù)問題，在本發(fā)明UPS逆變器的電壓控制單元中，包括基本控制單元、死區(qū)補(bǔ)償單元和第一加法器，在所述基本控制單元中，由第一減法器用預(yù)設(shè)的電壓參考量(Vref)減去電壓反饋量(Vout)，得到電壓誤差(ΔV)；再由第一調(diào)節(jié)器對所述電壓誤差(ΔV)進(jìn)行處理，以生成電感電流參考信號(Iref)；再由第二減法器用所述電流參考量(Iref)減去電流反饋量(Iind)，得到電流誤差(ΔI)；并由第二調(diào)節(jié)器對所述電流誤差(ΔI)進(jìn)行處理，以生成基本電壓控制量(VC1)；而所述死區(qū)補(bǔ)償單元?jiǎng)t根據(jù)所述電感電流參考信號(Iref)生成補(bǔ)償控制量(VC2)。
在本發(fā)明的死區(qū)補(bǔ)償單元中，具體由比例控制器對所述電感電流參考信號(Iref)進(jìn)行比例控制，以生成電壓調(diào)節(jié)量(Vx)；再由限幅控制器對所述比例控制器所輸出的調(diào)節(jié)量(Vx)進(jìn)行限幅控制，以生成所述補(bǔ)償控制量(VC2)。
在本發(fā)明中，所述第一調(diào)節(jié)器可以是一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，它對所述電壓誤差(ΔV)進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，直接生成電感電流參考信號(Iref)。所述第一調(diào)節(jié)器也可以由電壓調(diào)節(jié)器和第二加法器組成；先由電壓調(diào)節(jié)器對所述電壓誤差(ΔV)進(jìn)行調(diào)節(jié)處理；再由第二加法器將所述電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號與該UPS逆變器的負(fù)載電流(Iload)相加，生成所述電感電流參考信號(Iref)。
為解決上述技術(shù)問題，在本發(fā)明UPS逆變器的脈寬調(diào)制死區(qū)補(bǔ)償方法，其特征在于包括以下步驟用預(yù)設(shè)的電壓參考量(Vref)減去電壓反饋量(Vout)，得到電壓誤差(ΔV)；對所述電壓誤差(ΔV)進(jìn)行處理，生成電感電流參考信號(Iref)；用所述電流參考量(Iref)減去電流反饋量(Iind)，得到電流誤差(ΔI)；對所述電流誤差(ΔI)進(jìn)行處理，生成基本電壓控制量(VC1)；根據(jù)所述電感電流參考信號(Iref)生成補(bǔ)償控制量(VC2)；用所述基本電壓控制量(VC1)加上所述補(bǔ)償控制量(VC2)，得到該UPS逆變器的電壓控制量(VC)。
本發(fā)明的特點(diǎn)有兩方面特點(diǎn)一死區(qū)補(bǔ)償器的輸入量與傳統(tǒng)死區(qū)補(bǔ)償器不同。在傳統(tǒng)的死區(qū)補(bǔ)償器中，死區(qū)補(bǔ)償器的輸入一般為電感電流，而電感電流因?yàn)楹休^高比例的高頻成分導(dǎo)致其存在多次的過零，很難處理，即使處理也是非常復(fù)雜。本發(fā)明的死區(qū)補(bǔ)償器不利用電感電流，只利用本身調(diào)節(jié)器生成的電感電流參考信號作為死區(qū)補(bǔ)償器的輸入，避免了多次過零問題，不僅簡化了死區(qū)補(bǔ)償方法，而且使該方法具有實(shí)際應(yīng)用意義。
特點(diǎn)二死區(qū)控制器的控制方法與傳統(tǒng)方法不同。在傳統(tǒng)的死區(qū)補(bǔ)償器中，死區(qū)補(bǔ)償?shù)牟僮饕话惆凑毡磉_(dá)式1的方式進(jìn)行，即，如果電流過零判斷為正，則死區(qū)補(bǔ)償值為一個(gè)設(shè)定值，如果電流過零判斷為負(fù)，則死區(qū)補(bǔ)償值為另一個(gè)設(shè)定值，這樣在電流過零交接處，補(bǔ)償值有一個(gè)跳變，容易在銜接處導(dǎo)致振蕩或者波形畸變。本發(fā)明中的死區(qū)補(bǔ)償器能夠解決這個(gè)問題，在過零處進(jìn)行平滑連接，并且可以根據(jù)需要調(diào)整銜接時(shí)間，使死區(qū)補(bǔ)償量的大小是平滑、無跳變的，這樣可以使死區(qū)補(bǔ)償作用在實(shí)際輸出上沒有大的負(fù)面。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中
圖1是一個(gè)單相逆變器的示意圖；圖2是用于示控制死區(qū)對輸出電壓的影響的波形示意圖；圖3是現(xiàn)有死區(qū)補(bǔ)償方法的原理圖；圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中死區(qū)補(bǔ)償方法的原理圖；圖5是圖4中的死區(qū)補(bǔ)償調(diào)節(jié)器的內(nèi)部原理圖；圖6是正弦波電流經(jīng)過圖5所示方法處理的的示意圖；圖7本發(fā)明另一實(shí)施例中死區(qū)補(bǔ)償方法的原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如圖4所示，其中預(yù)期設(shè)定的電壓參考量Vref和電壓反饋量Vout(即逆變器輸出電壓)經(jīng)過第一減法器1，生成電壓誤差ΔV；電壓誤差ΔV經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器2處理，生成電感電流參考信號Iref；電感電流參考信號Iref和電流反饋信號Iind(即電感電流)經(jīng)過第二減法器3，生成電流誤差ΔI；電流誤差ΔI通過電流調(diào)節(jié)器4處理，生成基本控制量VC1；另一方面，上述電感電流參考信號Iref還被輸入到死區(qū)補(bǔ)償控制器5進(jìn)行處理，以生成死區(qū)補(bǔ)償控制量VC2，如圖5所示，本實(shí)施例的死區(qū)補(bǔ)償控制器中包含比例控制器8和限幅控制器9；最后，由第一加法器6將基本控制量VC1和死區(qū)補(bǔ)償控制量VC2合成為逆變器的電壓控制量VC，然后可采用常規(guī)的UPS逆變器控制方法，將該控制量VC轉(zhuǎn)化為PWM波形來控制相應(yīng)的開關(guān)器件，最終達(dá)到控制逆變器輸出電壓的目的。
圖5中的比例控制器8用于控制死區(qū)補(bǔ)償值的變化銜接時(shí)間，如控制死區(qū)補(bǔ)償值從Vset變化到-Vset需要的時(shí)間，使死區(qū)補(bǔ)償?shù)淖饔闷交?，可以將電感電流參考信號Iref的幅值經(jīng)過比例控制器8降下來；而死區(qū)補(bǔ)償值的大小則受限幅控制器9所控制。
假設(shè)電流參考Iref為
Iref＝Asin(wt)則圖6的左側(cè)是原始的電感電流參考信號Iref，中間是經(jīng)過比例控制器8處理后的電壓信號Vx，右邊則是經(jīng)過限幅控制器9處理后的死區(qū)補(bǔ)償控制量VC2。從圖6中可以看出，死區(qū)補(bǔ)償控制量VC2是連續(xù)變化的，而不是象現(xiàn)有技術(shù)的表達(dá)式1所示是正負(fù)跳變的，這樣可以使死區(qū)控制變得平滑，從而防止波形畸變。
假設(shè)限幅控制9限幅值為B，死區(qū)補(bǔ)償值變化的銜接時(shí)間為ΔT，則死區(qū)補(bǔ)償器的控制作用使Kp*Iref＝Kp*Asin(wΔT/2)≈KpA*w*ΔT/2＝B則死區(qū)補(bǔ)償值的正與負(fù)的銜接時(shí)間可以近似控制為ΔT=2BKpwA]]>從表達(dá)式可以看出，如果Kp越大，則銜接時(shí)間越短。
本發(fā)明的另一實(shí)施例如圖7所示，從圖中可以看出，它在圖4的基本環(huán)節(jié)中引入了負(fù)載電流前饋，具體是將電壓調(diào)節(jié)器所生成的調(diào)節(jié)量與逆變器的負(fù)載電流通過第三加法器10相加，并以生成的結(jié)果作為前述電感電流參考信號Iref。其是電壓調(diào)節(jié)器2生成的調(diào)節(jié)量與圖1中逆變器濾波電容C的電流相當(dāng)。這種處理可以提高電感電流參考信號Iref的反應(yīng)速度。
其中，參考量Vref和電壓反饋量Vout經(jīng)過第一減法器1，生成電壓誤差ΔV；電壓誤差ΔV經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器2生成一個(gè)電流調(diào)節(jié)量，該電流調(diào)節(jié)量與負(fù)載電流Iload經(jīng)過第二加法器10，生成電感電流參考信號Iref，其表達(dá)試為Iref＝Iload+電壓調(diào)節(jié)器輸出此處假設(shè)，Iref＝Asin(wt)＝Asin(2*π*f*t)該電感電流參考信號Iref和電感電流反饋信號Iind經(jīng)過第二減法器3，生成電流誤差ΔI，電流誤差ΔI通過電流調(diào)節(jié)器4生成基本控制量Vc1。
同時(shí)，電感電流參考信號Iref經(jīng)過比例控制器8，控制死區(qū)補(bǔ)償?shù)你暯訒r(shí)間，其輸出量為Vx，再經(jīng)過限幅控制器9生成死區(qū)補(bǔ)償控制量Vc2。其中限幅控制器處理后的效果為 死區(qū)補(bǔ)償值的正與負(fù)的銜接時(shí)間設(shè)計(jì)為ΔT=2VsetKpwA=VsetKp*π*f*A]]>最后，由第一加法器6將基本控制量VC1和死區(qū)補(bǔ)償控制量VC2合成為逆變器的電壓控制量VC，然后可采用常規(guī)的UPS逆變器控制方法，將該控制量VC轉(zhuǎn)化為PWM波形來控制相應(yīng)的開關(guān)器件，最終達(dá)到控制逆變器輸出電壓的目的。
權(quán)利要求
1.一種UPS逆變器，其電壓控制單元中包括基本控制單元、死區(qū)補(bǔ)償單元和第一加法器，其特征在于，在所述基本控制單元中，包括用預(yù)設(shè)的電壓參考量(Vref)減去電壓反饋量(Vout)，得到電壓誤差(ΔV)的第一減法器；對所述電壓誤差(ΔV)進(jìn)行處理以生成電感電流參考信號(Iref)的第一調(diào)節(jié)器；用所述電流參考量(Iref)減去電流反饋量(Iind)，得到電流誤差(ΔI)的第二減法器；以及，對所述電流誤差(ΔI)進(jìn)行處理以生成基本電壓控制量(VC1)的第二調(diào)節(jié)器；所述死區(qū)補(bǔ)償單元根據(jù)所述電感電流參考信號(Iref)生成補(bǔ)償控制量(VC2)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UPS逆變器，其特征在于，在所述死區(qū)補(bǔ)償單元中包括對所述電感電流參考信號(Iref)進(jìn)行比例控制以生成電壓調(diào)節(jié)量(Vx)的比例控制器；對所述比例控制器所輸出的調(diào)節(jié)量(Vx)進(jìn)行限幅控制，以生成所述補(bǔ)償控制量(VC2)的限幅控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的UPS逆變器，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)器為一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，它對所述電壓誤差(ΔV)進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，直接生成電感電流參考信號(Iref)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的UPS逆變器，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)器中包括對所述電壓誤差(ΔV)進(jìn)行調(diào)節(jié)處理的電壓調(diào)節(jié)器；將所述電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號與該UPS逆變器的負(fù)載電流(Iload)相加，生成所述電感電流參考信號(Iref)的第二加法器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的UPS逆變器，其特征在于，所述第二調(diào)節(jié)器是一個(gè)電流調(diào)節(jié)器。
6.一種UPS逆變器的脈寬調(diào)制死區(qū)補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟(1)用預(yù)設(shè)的電壓參考量(Vref)減去電壓反饋量(Vout)，得到電壓誤差(ΔV)；(2)對所述電壓誤差(ΔV)進(jìn)行處理，生成電感電流參考信號(Iref)；(3)用所述電流參考量(Iref)減去電流反饋量(Iind)，得到電流誤差(ΔI)；(4)對所述電流誤差(ΔI)進(jìn)行處理，生成基本電壓控制量(VC1)；(5)根據(jù)所述電感電流參考信號(Iref)生成補(bǔ)償控制量(VC2)；(6)用所述基本電壓控制量(VC1)加上所述補(bǔ)償控制量(VC2)，得到該UPS逆變器的電壓控制量(VC)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的UPS逆變器的脈寬調(diào)制死區(qū)補(bǔ)償方法，其特征在于，在第(5)步中，先對所述電感電流參考信號(Iref)進(jìn)行比例控制以生成電壓調(diào)節(jié)量(Vx)；再對所述調(diào)節(jié)量降(Vx)進(jìn)行限幅控制，以生成所述補(bǔ)償控制量(VC2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的UPS逆變器的脈寬調(diào)制死區(qū)補(bǔ)償方法，其特征在于，在第(5)步中，在對所述調(diào)節(jié)量降(Vx)進(jìn)行限幅控制時(shí)如果所述調(diào)節(jié)量降(Vx)大于預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)量(Vset)，則所述補(bǔ)償控制量(VC2)的輸出值等于該預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)量(Vset)；如果所述調(diào)節(jié)量降(Vx)小于預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)量的負(fù)值(-Vset)，則所述補(bǔ)償控制量(VC2)的輸出值等于該預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)量的負(fù)值(-Vset)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的UPS逆變器的脈寬調(diào)制死區(qū)補(bǔ)償方法，其特征在于，在第(2)步中，對所述電壓誤差(ΔV)進(jìn)行比例積分控制生成所述電感電流參考信號(Iref)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的UPS逆變器的脈寬調(diào)制死區(qū)補(bǔ)償方法，其特征在于，在第(2)步中，先由對所述電壓誤差(ΔV)進(jìn)行比例積分變換，再將變換后的信號與該UPS逆變器的負(fù)載電流(Iload)相加，生成所述電感電流參考信號(Iref)。
全文摘要
本發(fā)明涉及UPS逆變器及其脈寬調(diào)制死區(qū)補(bǔ)償方法，為解決現(xiàn)有技術(shù)中的死區(qū)控制方案會導(dǎo)致逆變器輸出電壓不對稱、波形畸變等問題，在本發(fā)明UPS逆變器的電壓控制單元中，用預(yù)設(shè)的電壓參考量(V
文檔編號H02M7/48GK1610234SQ200310104238
公開日2005年4月27日 申請日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月24日
發(fā)明者盛小軍, 卓清鋒, 周黨生 申請人:力博特公司