作者：貴陽(yáng)185廠(chǎng) 郭濱詩(shī) 仲志新 西北工業(yè)大學(xué) 吳小華 張曉斌 來(lái)源：《電源技術(shù)應(yīng)用》

靜止變換式航空地面電源pwm電壓控制器的設(shè)計(jì)

　

摘要：某型飛機(jī)地面專(zhuān)用電源所用的電壓控制系統(tǒng)采用“開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置可調(diào)脈寬控制技術(shù)”的全數(shù)字化pwm控制方式，具有自動(dòng)調(diào)壓，故障保護(hù)和軟起動(dòng)等功能。文中介紹了電壓控制系統(tǒng)的工作原理及實(shí)現(xiàn)電路。

關(guān)鍵詞：脈寬調(diào)制 控制器 邏輯編程

design of pwm voltage controller for ground static-conversion

power supply in use for air

abstract: voltage control system of special ground power supply in use for a certain type aeroplane adopts full-digital control mode, technology of on-off predetermination and adjustable pulse width control, which possesses function of automatic voltage regulation, fault protection and soft starting. moreover, principle and real-line circuit of voltage control system are introduced.

keywords: pwm, controller, logic programmable

1 引言

目前，變換器中采用的脈寬調(diào)制控制技術(shù)主要有兩種。一種是開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置pwm控制方式，這一方案雖有開(kāi)關(guān)次數(shù)少且低次諧波含量少等優(yōu)點(diǎn)，但卻存在不能自動(dòng)調(diào)壓的缺點(diǎn)。電源輸出電壓的調(diào)節(jié)需依靠另外的調(diào)壓電路，如通過(guò)調(diào)節(jié)變換器直流環(huán)節(jié)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。變換器內(nèi)部多了一個(gè)環(huán)節(jié)，因此電路較復(fù)雜，可靠性下降。

　　另一種pwm控制方式就是正弦波脈寬調(diào)制（spwm），這種控制方式可通過(guò)提高開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)減少低次諧波的含量。這一方案雖然可以通過(guò)控制電路調(diào)節(jié)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)壓，但電路較復(fù)雜，開(kāi)關(guān)功率損耗較大，這樣在功率靜止變換電源上的應(yīng)用受到影響。

在總結(jié)以上兩種控制方式的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種新型的pwm控制方式，即“開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置可調(diào)脈寬控制方式”。這種控制方式既具有開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置pwm方式開(kāi)關(guān)次數(shù)少，低次諧波含量低的優(yōu)點(diǎn)，又具有正弦脈寬調(diào)制方式自動(dòng)調(diào)節(jié)變換器輸出電壓的特點(diǎn)。因此，用此控制方式設(shè)計(jì)的控制器電路簡(jiǎn)單，采用可編程邏輯器件gal來(lái)生成pwm波，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，運(yùn)用在某型飛機(jī)的地面專(zhuān)用電源中，效果良好。

2 開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置可調(diào)脈寬控制原理

利用諧波消去法優(yōu)化的pwm電壓波形如圖1所示。圖1（a）為一周期由64個(gè)方波合成的pwm電壓波形，圖1（b）為一周期內(nèi)由72個(gè)方波合成的pwm電壓波形，圖中數(shù)字表示脈沖的個(gè)數(shù)。根據(jù)諧波計(jì)算

公式（1）計(jì)算出各次諧波幅值如表1所示。 (1)

式中bn——n次諧波幅值；

n——諧波次數(shù)；

i——開(kāi)關(guān)角序號(hào)；

i——線(xiàn)電壓正半周前1/4周期開(kāi)關(guān)角；

ud——變換器直流輸入電壓。

從表1中可以看出，方案b中基波含量略高，且不存在3及3的倍數(shù)次諧波，利用此方案制成的變換器，其后級(jí)濾波電路會(huì)簡(jiǎn)單些，但開(kāi)關(guān)頻率要比方案a高。選取哪種方案作為變換器控制方式，要根據(jù)具體要求而定，若變換器為單相且對(duì)開(kāi)關(guān)頻率要求不太嚴(yán)格，兩種方案均可，但是考慮后級(jí)濾波電路時(shí)，選擇方案b更理想。若變換器為三相，則只能選擇方案b，方案a行不通，因?yàn)榉桨竌一周期是由64個(gè)方波構(gòu)成，移相120°后就會(huì)出現(xiàn)半個(gè)方波，這在控制電路中難以實(shí)現(xiàn)。

一旦pwm電壓波脈沖個(gè)數(shù)確定后，變換器輸出電壓就是確定不變的，要想調(diào)節(jié)輸出電壓，只能改變變換器直流輸入電壓ud，這樣就相當(dāng)于開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置pwm控制方式，另一種調(diào)節(jié)輸出電壓方式就是靠改變pwm電壓波形中各脈沖的占空比。以方案b為例，假設(shè)圖1所示pwm電壓波形是在占空比d=1時(shí)的波形，當(dāng)占空比d=0.5時(shí)輸出電壓波形 作者：貴陽(yáng)185廠(chǎng) 郭濱詩(shī) 仲志新 西北工業(yè)大學(xué) 吳小華 張曉斌 來(lái)源：《電源技術(shù)應(yīng)用》

靜止變換式航空地面電源pwm電壓控制器的設(shè)計(jì)

　

摘要：某型飛機(jī)地面專(zhuān)用電源所用的電壓控制系統(tǒng)采用“開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置可調(diào)脈寬控制技術(shù)”的全數(shù)字化pwm控制方式，具有自動(dòng)調(diào)壓，故障保護(hù)和軟起動(dòng)等功能。文中介紹了電壓控制系統(tǒng)的工作原理及實(shí)現(xiàn)電路。

關(guān)鍵詞：脈寬調(diào)制 控制器 邏輯編程

design of pwm voltage controller for ground static-conversion

power supply in use for air

abstract: voltage control system of special ground power supply in use for a certain type aeroplane adopts full-digital control mode, technology of on-off predetermination and adjustable pulse width control, which possesses function of automatic voltage regulation, fault protection and soft starting. moreover, principle and real-line circuit of voltage control system are introduced.

keywords: pwm, controller, logic programmable

1 引言

目前，變換器中采用的脈寬調(diào)制控制技術(shù)主要有兩種。一種是開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置pwm控制方式，這一方案雖有開(kāi)關(guān)次數(shù)少且低次諧波含量少等優(yōu)點(diǎn)，但卻存在不能自動(dòng)調(diào)壓的缺點(diǎn)。電源輸出電壓的調(diào)節(jié)需依靠另外的調(diào)壓電路，如通過(guò)調(diào)節(jié)變換器直流環(huán)節(jié)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。變換器內(nèi)部多了一個(gè)環(huán)節(jié)，因此電路較復(fù)雜，可靠性下降。

　　另一種pwm控制方式就是正弦波脈寬調(diào)制（spwm），這種控制方式可通過(guò)提高開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)減少低次諧波的含量。這一方案雖然可以通過(guò)控制電路調(diào)節(jié)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)壓，但電路較復(fù)雜，開(kāi)關(guān)功率損耗較大，這樣在功率靜止變換電源上的應(yīng)用受到影響。

在總結(jié)以上兩種控制方式的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種新型的pwm控制方式，即“開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置可調(diào)脈寬控制方式”。這種控制方式既具有開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置pwm方式開(kāi)關(guān)次數(shù)少，低次諧波含量低的優(yōu)點(diǎn)，又具有正弦脈寬調(diào)制方式自動(dòng)調(diào)節(jié)變換器輸出電壓的特點(diǎn)。因此，用此控制方式設(shè)計(jì)的控制器電路簡(jiǎn)單，采用可編程邏輯器件gal來(lái)生成pwm波，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，運(yùn)用在某型飛機(jī)的地面專(zhuān)用電源中，效果良好。

2 開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置可調(diào)脈寬控制原理

利用諧波消去法優(yōu)化的pwm電壓波形如圖1所示。圖1（a）為一周期由64個(gè)方波合成的pwm電壓波形，圖1（b）為一周期內(nèi)由72個(gè)方波合成的pwm電壓波形，圖中數(shù)字表示脈沖的個(gè)數(shù)。根據(jù)諧波計(jì)算

公式（1）計(jì)算出各次諧波幅值如表1所示。 (1)

式中bn——n次諧波幅值；

n——諧波次數(shù)；

i——開(kāi)關(guān)角序號(hào)；

i——線(xiàn)電壓正半周前1/4周期開(kāi)關(guān)角；

ud——變換器直流輸入電壓。

從表1中可以看出，方案b中基波含量略高，且不存在3及3的倍數(shù)次諧波，利用此方案制成的變換器，其后級(jí)濾波電路會(huì)簡(jiǎn)單些，但開(kāi)關(guān)頻率要比方案a高。選取哪種方案作為變換器控制方式，要根據(jù)具體要求而定，若變換器為單相且對(duì)開(kāi)關(guān)頻率要求不太嚴(yán)格，兩種方案均可，但是考慮后級(jí)濾波電路時(shí)，選擇方案b更理想。若變換器為三相，則只能選擇方案b，方案a行不通，因?yàn)榉桨竌一周期是由64個(gè)方波構(gòu)成，移相120°后就會(huì)出現(xiàn)半個(gè)方波，這在控制電路中難以實(shí)現(xiàn)。

一旦pwm電壓波脈沖個(gè)數(shù)確定后，變換器輸出電壓就是確定不變的，要想調(diào)節(jié)輸出電壓，只能改變變換器直流輸入電壓ud，這樣就相當(dāng)于開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置pwm控制方式，另一種調(diào)節(jié)輸出電壓方式就是靠改變pwm電壓波形中各脈沖的占空比。以方案b為例，假設(shè)圖1所示pwm電壓波形是在占空比d=1時(shí)的波形，當(dāng)占空比d=0.5時(shí)輸出電壓波形