SPWM逆变器稳定性研究及其硬件实现

游昊　艾钊

摘要：在SPWM逆变器中，影响逆变器波形输出的几个主要因素有温漂、死区效应以及稳压反馈。这些因素的控制的情况影响逆变器输出基波电压、谐波成分，输出波形的毛刺情况以及反馈电路的稳压效果，从而直接影响逆变器的稳定性。文章对温漂效应、死区效应进行研究，通过对硬件中不同电路模块的改进，并在此基础上对其电路模块进行仿真，同时通过搭建SPWM硬件驱动模块进行验证，从而论证此研究基础上的SPWM逆变器的优势。

关键词：稳定性；温漂；死区时间；仿真

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）27-6515-02

The Realization of SPWM Inverter and its Stability Study of Hardware

YOU Hao， AI Zhao

（Electronics and Electrical Engineering， Wuhan University， Wuhan 430200，China）

Abstract： In SPWM inverters， several major factors that influencing the inverter output waveform with temperature drift， the dead time effect and stabilizing voltage feedback. Influence of inverter output fundamental voltage， harmonic composition control of these factors， the burr of output waveform and feedback circuit of the voltage stabilizing effect， which directly affect the stability of the inverter. In this paper， the dead time effect of temperature drift effect， through the improvement of the different circuit module in hardware， and on the basis of the circuit module of simulation， at the same time set up through the SPWM hardware driver module is verified， which proves the SPWM inverter based on the study of the advantages of the.

Key words： stability； temperature drift； dead time； simulation

随着对逆变器性能要求的不断提高，如何提高逆变器的可靠性、功率密度和效率已经成为研究的关键问题，传统的逆变器结构简单，应用广泛，但其存在着输出波形易受温度影响，失真明显以及调试方式复杂等问题。这些问题降低了逆变器在不同环境下输出波形的稳定，其产生的毛刺等对元器件造成巨大负担，同时也对于安全是个巨大的隐患。

针对传统逆变器中存在的缺点，为提高逆变器的稳定性以及满足高要求高性能的电源信号需求，该文通过对逆变器核心部分SPWM信号产生电路部分在温漂问题、波形精度以及稳压电路的研究，在提出改进方案的同时，通过仿真以及实物搭建的测试，实现了逆变器中SPWM波的驱动硬件。

1 SPWM逆变器稳定性研究

1.1 SPWM逆变器中温漂影响的研究

SPWM逆变电路中文氏电桥电路作为产生基波的电路，其产生的信号是整体电路中一个基准，其产生出来的正弦波的指令直接决定SPWM波形的效果，而基波产生电路的抗干扰能力的强弱直接决定逆变器输出信号的质量。在日常干扰中，温漂问题是一个常见但又是一个难点问题。

典型文氏电桥电路幅值稳定性差，易受干扰，故而需要对其进行改进。对典型文氏电路改进如下图图1，R5，R7和二个二极管看成是一个电阻RL，那么，整个电路的增益就和RL和R3、R10、R11的比值有关，如果温度上升，RL就减小，电路增益就下跌，要使整个电路增益不变，就必须R3、R10、R11的比值也同时减小。当温度变化时，热敏电阻R10的阻值同时变化，即达到稳定整个电路增益之目的。

1.2 SPWM逆变器中死区时间的研究

死区时间SPWM逆变器中PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。通常也指pwm响应时间。在这短暂的死区时期间，输出波形不受逻辑信号的控制，由于开关频率较高，死时的叠加值比较可观，这将会导致PWM逆变器的死区效应，即输出基波幅值减小，谐波电压幅值增大，从而使系统的动、静态性能下降，增加了低次谐波抑制的难度，降低了高速开关器件。

在逆变器中，通过采用不同类型的开关器件，来得到开关死区时间的典型值，从而初步分析并调整死区时间。此处实验通过对采用不同开关器件来对比，通过在Multism12中的仿真，得出在温漂问题改进方案的基础上，考虑到成本的缘故，最终选择4081集成芯片，改进前后仿真的死区时间对比如下图图3：

2 SPWM逆变器稳定性研究总结

通过对SPWM逆变器中温漂问题、死区时间问题的研究，并在此基础上通过研究对比得出改进方案，进行系统的整体测试。系统测试结果通过Mutlism 12的仿真，得出显示结果对比前后明显的改进。故而最终再次基础上，综合成本、可靠性及其选用IGBT进行功率方面的考虑，核心驱动芯片选用由美国硅通用半导体公司（Silicon General）推出的SG3525。

SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。其主要特点如下：

1） 工作电压范围宽：8—35V；2） 5.1（1 1.0%）V微调基准电源；3） 振荡器工作频率范围宽：100Hz?—400KHz；4） 具有振荡器外部同步功能；5） 死区时间可调；6） 内置软启动电路；7） 具有输入欠电压锁定功能；8） 具有PWM琐存功能，禁止多脉冲；9） 逐个脉冲关断；10） 双路输出（灌电流/拉电流）： mA（峰值）。

在改进基础上最终通过对搭建仿真系统电路的基础上，选用核心部分的电路如图4：

通过对硬件电路的测试，在整个逆变器运行过程中，闭环反馈电路做了对温漂、线性补偿的修正，增加了整个系统电路的稳定性；而在此基础上选用的大功率IGBT工作频率高，驱动电路功率小，工作损耗小等特点使得逆变器驱动电路设计简化，可靠性提高，综合验证下充分说明此研究基础上的改进的优势。

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