2、控制方式的比较与改进
2.1 已有控制方案的介绍
文献[4]中Lau W H等开发的控制方案的优点在于提高模块输出的等效开关频率,抑止输出谐波;缺点在于系统的输入信号在经过PWM调制后,仍不能作为驱动信号使用,还须继续进行较繁琐的计算,故不能很好地使用于现有的数字信号处理芯片。
2.2改进的控制方案的原理
改进后的控制方式首先将载波频率提高一倍至2fC,并调整其偏置后,再进行PWM比较,如图2所示调制后的信号即为驱动信号。而且控制左右桥臂(Leg1、Leg2)的载波相位相同,没有文献控制方式所要求的相位差,其好处在于避免系统在调整开关频率的同时还需要调整相位差,同时有利于系统调节直流侧电容的中点电位。
图2改进的控制方案的原理
比较图2和文献[4]可以发现,开关管的驱动信号是相同的,所以输出波形也一定是相同的。改进后的控制策略能够便捷地应用到数字信号处理芯片中,同时保留文献[4]控制方式的优点。例如在DSP(TMS320LF2407)芯片上PWM的调制可以通过专职的事件管理模块EVA及EVB直接完成,这样大大降低了控制方式的实现难度。
改进后的控制策略也有不足之处,就是也没有提供解决直流侧电容的中点电位不平衡问题的方案。根据实验结果可以发现,由于电路元件的固有电阻特性不对称所造成的电容中点电位的静态误差不能被忽略。图9(f)为直流侧电源为400V时中点电位的情况,可以发现有13.2V的静态误差。
2.3中点电位不平衡的危害与解决方案
文献[1]分析了系统直流侧中点电位漂移对输出THD的影响,如图3所示。图3中的k值:,代表了中点的失衡程度。在其他工业用途中,由于对输出波形畸变要求不高,中点的适当漂移是允许的。但是,在诸如功率放大器系统等对输出波形质量要求较高的应用中,中点不平衡可以成为输出畸变的重要原因之一。为了克服中点不平衡带来的输出波形质量下降,我们在改进的控制方式中加入中点平衡控制,程序流程图如图4所示,中点平衡控制方案框图如图5所示。中点平衡控制原理为,每个开关周期开始时首先对直流侧电容电压采样得到VC1和VC2(见图1),然后对VC1和VC2的差值做PI运算。如果PI运算的结果为正,则和POSREF(系统能够容忍的VC1超过VC2的最大值)比较,如果发现比较器的输出为正,即意味着中点的漂移情况较为严重。进而检测参考信号VS的幅值,如果VS的幅值为负时(表现为当0和VS的幅值通过比较器后,输出为正),则将载波频率提高为2fc;反之,如果电压差值PI运算的结果小于NEGREF,且参考信号Vs幅值为正,则将载波频率提高为2fc;其他情况下,载波频率维持fc不变。图5中Switch模块的功能是,如果模块左面中间脚的输入信号为正,则模块的右面输出同模块左面最下脚输入信号一致;如果模块左面中间脚的输入信号为零,则模块的右面输出同模块左面最上脚输入信号一致。