PWM变换器跟踪控制技术实验电路设计

摘要：介绍了电流型跟踪控制PWM逆变器实验平台的原理和参数设计。包括逆变器主电路、输出电流检测电路、数字控制器及隔离驱动电路等。

关键词：跟踪控制；主电路；控制电路

1 引言

　　PWM变换器跟踪控制技术中，输出电流跟踪控制应用最多，也可以应用输出电压跟踪控制。本文针对电流跟踪型逆变电路设计了主电路和控制电路，包括单相全桥逆变电路、交流输出侧RL负载、电流误差检测电路，以及数字控制和输出驱动电路等。基于本设计的实验系统，可用于滞环比较型、定时比较型、基于线性调节的三角波比较型，及本专题中其它各种跟踪控制方法的实验研究。对于不同的跟踪控制方法，只需设计对应的数字部分控制程序即可。

2 主电路原理及参数设计

　　 [p] [p] 得电流（i_f=i_o/k_i，k_i为霍尔电流传感器的传输比）， i_r为指令电流。 e=i_r-i_f为电流跟踪误差，如图2下所示。电流跟踪控制的任务就是控制误差电流e，使得i_f跟踪i_r。

　　主电路主要参数为：U_d=100V，L=37mH，R=10Ω。负载为一阶惯性，时间常数为。设计平均开关频率约为f_c=10kHz，开关周期约为T_c=100μs，一般应保证T>>T_c。

3 控制系统原理及参数设计

　　控制系统整体框图如图3所示。图中，u_ir为表示指令电流i_{r的电压信号，uif为表示反馈电流if的电压信号，ei为uir与uif比较后所得的误差值。主电路负载侧电流io经霍尔电流传感器检测，得到电流if。电流if通过一个检测电阻Ri转换为电压信号uif，将电压信号uif作为反馈信号送入控制电路与指令信号uir进行比较，比较后得到误差信号ei。ei经ADC转换送入FPGA，经FPGA做相应处理后，得到PWM控制信号。PWM控制信号经放大电路和隔离驱动电路实现对开关管的控制。由于使用可编程单元，使得该实验系统能够实现多种不同控制方法。}

A 控制系统的模拟电路部分

　　图4为控制系统模拟电路部分，其中运算放大器选用MAX4020。选用传输比k_i为1000的霍尔电流传感器。反馈电流if [p] 经检测电阻Ri转换为电压信号uif，uif经跟随器A1，与经过反相器A2的指令信号uir在A3中进行比较，比较后输出误差信号ei，送入FPGA。

　　u_ir=R_ii_r（1）

　　　　（2）

　　　　（3）

　　考虑到主电路最大的输出电流值、MAX4020允许的输入电压，以及AD转换器的输入电压范围，选择电阻R_i=250Ω。

　　为了滤除反馈信号中存在的谐波信号，并入滤波电容C_i，取C_i=400nF，可得反馈环节惯性滤波时间常数T_i=R_iC_i=100μs。

　　B 放大电路部分

　　FPGA输出的PWM控制信号的驱动能力不足，不能直接驱动光电耦合器。图5是一个OC放大器，当三极管导通时，光电耦合器关断；当三极管截止时，15V电源经1kΩ电阻驱动光耦导通。

C 隔离驱动电路

　　图6为隔离驱动电路原理示意图。二极管D和电容C组成驱动电路的自举电源。图1主电路中的V₁、V₂、V₃和V₄四个开关管采用相同的驱动电路。

4 总结

　　本文设计了PWM变换器输出电流跟踪控制系统的实验电路，包括主电路和控制电路。由于使用了可编程单元，使得本实验系统能够对不同的跟踪控制方法进行实验研究，只需分别针对不同的控制方 [p] 法编写不同的控制程序即可。