浅析提高功率因数的逆变电源

摘 要 在大功率IGBT逆变器中，提高功率因数能够实现节能和稳定的输出是非常重要的。使用微机数字控制对功率器件的实时控制，开关及器件死区时间的把控得到更为快速和稳定调节，在反馈和给定上使用数字PID数字运算处理，使系统稳定可靠。

关键词 逆变电源;变压器;控制波形;功率

1逆变电源的构成与使用

逆变电源的主电路延用全桥电路，D1-D6为三项整流二极管，C为滤波器，T1-T4为大功率开关器件IGBT，TD1-TD4为IGBT内的反向二极管，C1-C4为IGBT的内部寄生电容器。变压器一次侧接在D和E之间，互感器接在一次侧，测量变压器的原边电流。变压器的次级接负载线圈。

T1和T4同时导通时，电流从D-E，为正向电流;T2和T3同时导通，电流从E-D，为反向电流。

逆变电源的控制波形如图1所示：A.三项整流的脉动部分输出波形，B.可控硅控制输出波形，C.IGBT逆变电源输出波形。图1B可知，可控硅控制的导通部分开和关之间位于一个周波的最后，功率因数低。图1C可知，IGBT控制的逆变器导通部分开和关之间位于一个周波的中间，功率因数高。

单片机如何控制IGBT使导通部分位于一个周波的中间区域，也就是说在一个周波的中心开始向两边展开，如图2所示。单片机内有个输出模块，模块0，谓之M0，模块1，谓之M1。M0和M1中都有一个8位捕捉寄存器。M0和 M1共用一个8位计数器，谓之PCA计数器。A/D转换的数据也是8为数，用TA0表示，因此一个周波的数必须转化成8位二进制数。将T开放进M0捕捉寄存器中，T关放进M1捕捉寄存器中。单片机程序流程，从MAIN、A/D转换、更新M数据模块开始，启动外部中断0检测过流，如发现过流运行过流处理程序，反之进入反向电流检测，对正反向电流分别进入启动PCA计数器关T2开T1检测方向相反关T4开T3，开关管开关后PCA计数器停止并清零，返回MAIN。如果电流相反进入反向程序处理，启动PCA计数器关T1和开T2相反关T3开T4然后PCA计数器停止并清零，返回MAIN程序从新检测[1]。

三项整流脉动部分是一个周波，两个周波之交点产生同频段，单片机收到同频段信号产生中断，进入中断服务程序。单片机获得电源，经初始化服务程序，进入程序后开始A/D转换，更新M0和M1中的数据，等待外部中断信号的到来。外部中断信号产生后，进入中断程序，首先桥检测判别是否过流，若过流，便转入过流程序处理，否则过流程序继续向下执行。判断电流是正向还是反向，若反向则进入正向程序，若正向则进入反向程序，它们是反向互锁的。

若进入正向程序，启动PCA计数器，等M0的输出由0变1，当M0由0变1时，将T1和T4同时打开，进行负载脉冲电流。再等M1的向负载脉冲，停止PCA计数器由1变0，返回主程序进行A/D转换，更新M中的数据。反向程序相同[2]。

电路中的HQ为电流互感器，用于测量变压器原边电流作为反馈信号。反馈信号整流成直流信号，与给定信号进行比较后，给PDA调节器，PDA调节器的输出给单片机A/D转换，单片机将0-5v电压转换为0-256的数字量用于数据处理。PDA电流环各个参数：PID调节器的比例增益，比例增益乘以误差得出修正值。增加该参数则增加系统的阻尼及加快系统的动态响应速度，对于一定的负载，该参数太大会引起系统的不稳定，最优设定值为系统开始进入不稳定的最大值。

PID电流环工作参数，PID调节器的积分增益，积分增益乘以誤差得到修正值。该修正值保持系统无误差，增加该参数则增大系统受扰动后恢复的速度，若参数太大系统趋于震荡而不是快速恢复。PID电流环D参数，PID调节器的微分增益，微分增益乘以误差得到修正值，具有阻尼的效果。最优性能是由PID三项参数最佳配合得到的值。

2结束语

通过上述，我们可以看出，使用数字量处理系统反崩溃可实现电源输出高稳定性，并且对运行中波形实时控制来实现提高电源的功率因数。控制灵活，运行稳定可靠适用于大功率电阻负载电源，串联谐振电源等大型逆变器。

参考文献

[1] 易宏，代冀阳，伍家驹. 单相逆变系统建模与控制仿真研究[J].计算机仿真，2010（8）：127-131.

[2] 贾要勤，朱明琳，凤勇. 基于状态反馈的单相电压型逆变器重复控制[J].电工技术学报，2014（6）：57-63.

作者简介

周鲁宁，山东人;学历：本科，硕士学位，职称：讲师;现就职单位：沈阳职业技术学院，研究方向：自动化技术。