电力电子器件论文

载波反相三角波比较电流跟踪PWM控制

摘要：本文提出了一种新的电流跟踪PWM控制法，即载波反相三角波比较电流跟踪PWM控制法（CR-PWM），详细解释了CR-PWM控制法的工作原理，并通过与传统三角波比较法及滞环控制法的比较，显示出CR-PWM控制法的优点。通过仿真证明了CR-PWM控制法能消除制约当前电流控制型逆变器发展的瓶颈。

关键词：PWM；载波；电流控制；电压控制

目前PWM技术分为两大类，电压控制型PWM技术和电流控制型PWM 技术。电压控制PWM控制技术中以正弦脉冲宽度调制（SPWM）技术最成熟、使用最广泛。用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，这样逆变器输出电压的基波就为正弦波形。通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆电路输出电压的频率和幅值。根据不同的主电路又衍生出了相应不同的SPWM控制技术。如二极管钳位式多电平逆变器使用的载波层叠SPWM法（CD-SPWM），级联式多电平逆变器使用的载波移相SPWM法（CPS-SPWM）以及可以与CDSPWM法及CPS-SPWM法结合使用的消除特定谐波的PWM法（SPO-SPWM）。

1 载波反相三角波比较电流跟踪PWM控制法

先用一个由2个H桥组成的级联三电平的逆变器来解释CR-PWM法的基本原理。其主电路拓扑如图1所示，两个H逆变桥的直流侧均为50V

的直流电源，为了方便分析负载只是一个2mH的电感。载波频率为

10kHz。图2为逆变桥1、逆变桥2的驱动电路，逆变桥1与逆变桥2的三角波相差180度。因为两个逆变桥的三角载波相位相反（相差180度），因此这种控制法称为载波反相三角波比较电流跟踪PWM控制法。

图1 采用CR-PWM法的主电路结构

图2 逆变桥1、逆变桥2驱动电路

让负载电流I 跟踪一个50A的参考直流电流。0～0.2秒的输出电流如图3所示。从图3可见，其跟踪速度很快，大概在0.002秒达到稳定，达到稳定以后纹波也很小。图4为输出电流达到稳态后的一段详细放大分析图。图4(f)为图1的输出电流，图4(e)为图1的输出电压。图4(a)为逆变桥1输出电流与参考电流的差值与三角载波的比较图，图4(b)为逆变桥2输出电流与参考电流的差值与三角载波的比较图，图4(c)为逆变桥1左桥臂上开关管的驱动脉冲，图3(d)为逆变桥2左桥臂上开关管的驱动脉冲。从图中可以看出，在4×10 秒时，输出电流大于参考电流，输出电流与参考电流差值为负。因为逆变桥1的载波与逆变桥2的载波相差180度，所以逆变桥1的载波从下往上与差值相交，而逆变桥2的载波从上往下与差值相交，此时必然是逆变桥1的载波先与差值相交，相交后因为载波大于差值，逆变桥1输出一个负向的电压，且此时逆变桥3的前一个负向电压还未结束，因此，输出电压就为逆变桥1和逆变桥2两个负向电压相加的电压-100V。在很短的一段

时间以后，逆变桥2的载波从上往下与差值相交，载波小于差值，逆变桥2输出正向的电压，使输出电压为0，输出电流停止变化。直到下一个载波周期逆变桥1和逆变桥2又产生下一个脉冲电压。一个载波周期内，逆变桥1和逆变桥2产生的很短的那一个负电压脉冲，使输出电流从大于参考电流变成小于参考电流，但是由于脉冲很短，输出电流不会小于参考电流太多。在载波周期的大部分时间内，输出电流都保持在离参考电流很接近的一个值并且不会变化，有效地避免了载波频

率较低情况下单个逆变桥三角波电流比较法中每个载波周期内输出电流偏离参考电流较多的问题。由图4(e)和(f)可以看出，当输出电流偏离参考电流比

较多时，输出电压的脉冲也会变宽。输出电压为三电平。并且可以很清楚地看到，输出电流偏离参考电的值基本在0.05A（0.1%）左右。

图4 稳态时的输出电流、输出电压及驱动过程

2 CR-PWM控制法与滞环控制法、传统三角波比较法的比较

CR-PWM控制法采用与节1中相同的主电路，滞环控制法、传统三角波比较法采用如图5所示的主电路结构，其直流侧为一个100V的直流电

源，负载仍为2mH的电感。三角波比较法仍然采用10kHz的载波频率，滞环控制法的滞环值为0.05A。图6为三种控制方法的输出电流，在相同的载波频率下，传统三角波比较法输出电流偏离参考电流1A以上，而CP-PWM法输出电流偏离参考电流只有0.05A。滞环控制法的滞

环值虽为0.05A但是实际上其输出电流偏离参考电流达到了0.1A，并且其等效开关频率为125kHz。CR-PWM在较低的开关频率下仍然可以使输出电流偏离参考电流的值很小。

图5 滞环控制法、传统三角波比较法主电路结构

3结论

（1）本文根据宁宣杭高速公路宁国至千秋关段的预测交通量，提出了宁千高速公路的控制策略，为今后监控系统的设计提供了依

据。（2）对于宁宣杭高速公路宁国至千秋关段的预测交通流应

根据实测交通流数据，确定参数，综合考虑客观条件和模型的

精度，建立适合该路段的交通流模型。（3）该路段的复杂地形

区域，对具体的交通状况，应通过实际交通状况检测的交通数，

再加上人工巡视来检测事故，这样才能兼顾既要准确预报事故，又要防止误报，提高事故预测的准确性。不但能对事故发生与

否及具体在何处做出判断，而且能预报出事故的严重性。

4参考文献

[1] 翁小雄.高速公路机电系统[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] 陈平.高速公路监控系统设计中的几个关键问题[J].辽宁交

通科技,2003, (3).

[3] 孟祥海.高速公路规划设计与管理[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学

出版社,2006.

[4] J TG B01-2003 公路工程技术标准[S].北京:人民交通出版

社,2003.

[5] 雒法昌,李文达.公路新标准下道路通行能力的计算方法探讨[J].交通科技与经济,2005,(6).

[6] GB/ T 18567-2001 高速公路隧道监控系统模式[S].北京:中国

标准出版社,2002.

[7] 曾盛.公路隧道监控系统的设计和发展[J].现代隧道技

（2）术,2004,41, (4):324.