两级式逆变器输入电流低频纹波分析及抑制

谐振控制器传递函数为：

对于400 Hz输出，两倍频率为800 Hz，即ω=5 024 rad·s-1。Q值不同时，谐振控制器对所需滤除的特定频率效果也不同。Q值越大，谐振频率处衰减越厉害，相位变化也剧烈，同时其对输入信号的衰减频带越窄。考虑到逆变器输出频率有±1％的误差及实际谐振控制器各元件参数标称值存在±1％(电阻)～±10％(电容)误差，且参数值会随温度变化，导致其实际谐振频率有偏差。故实际选用时，保证对800 Hz有效衰减，要折中选择Q值，可取范围0．5～1．5，带宽±200 Hz。
3．2 系统传递函数及稳定性设计
综上，图5示出DC／DC变换器控制框图。

由图5可得电流环增益Ti(s)=FmKiGi(s)Gdi(s)。
当电流内环闭环时，电压环增益为：
Tu(s)=Gu(s)Gi(s)FmKuGdu(s)G(s)／[1+Ti(s)] (8)
电感电流对直直变换器输出电流的增益为：
Ai(s)=Tu(s)(1+RLCfs) (9)
由多环控制理论可知，电流环截止频率应远大于电压环截止频率，以使低频时电压环起主要作用，变换器表现为电压源；高频时电流环起主要作用，保证系统动态响应性能。根据系统稳定性要求，应保证闭环工作时，系统幅值裕度大于6 dB，相位裕度大于45°。实际电路应综合考虑来选择参数。

4 实验
在1 kVA航空静止变换器样机上进行实验。变换器后级为级联型逆变器，故前级DC／DC变换器为两个独立模块．功率均为500 W。两独立DC／DC变换器模块采用共用控制环路的控制策略，因此可验证上述分析。前级DC／DC变换器主电路参数为：采用推挽正激电路拓扑；输入电压为额定28 V；变压器变比4：4：25；开关频率80 kHz；输出滤波电容470μF；采用直接电压采样方式；电流采样系数0．05；调制器增益1／2．4；输出电压90 V；后级输出电压115 V／400 Hz；输出滤波电感60μH，滤波电容6．8μF。根据上述分析，合理选择谐振控制器参数C1=47 nF，C3=100 nF，C2=150 nF，R1=R2=2．7 kΩ，R3=2 kΩ，R4=4．7 kΩ，Q=0．507。

图6a为根据设计参数，用Matlab计算的电流内环及电压外环环路增益波特图，可见，以上所选元器件参数使电流内环增益相位裕度为70°，电压外环增益相位裕度为46°，各环路增益均有足够的相角裕度，可保证系统稳定工作；图6b为滤波电感电流对DC／DC变换器输出电流增益波特图，可见添加谐振控制器后，在频率为800 Hz(2fo)处，滤波电感电流对变换器输出电流的增益有较大衰减，从而减小了输出电流中低频分量对滤波电感电流的影响，进而可有效抑制输入电流中相应的低频脉动分量。图6c，d为添加谐振控制器前后的实验波形。可见，添加前电感电流、输入电流的800 Hz低频脉动都很大，添加后电感电流低频脉动很小，DC／DC变换器输出电压低频脉动较大，输出脉动功率主要由输出电压低频脉动承担。输入电流低频纹波脉动被很好地抑制在10％以下，能很好地满足设计要求。

5 结论
分析了两级式DC／AC逆变器输入电流低频纹波脉动产生原因，得出可通过抑制电感电流低频脉动，适当地让输出电容来承受脉动功率以达到抑制目的。这里采用以电感电流为控制对象的双环控制策略，提出在电压调节器与电流调节器间添加谐振控制器，对电压环输出信号的800 Hz低频脉动分量进行衰减，即减小电感电流给定中的800 Hz低频脉动分量，对输入电流低频脉动进行抑制。给出了谐振控制器设计过程，设计了一台实验样机，验证了该方法的有效性和实用性。