一種交流穩流逆變電源的設計與實現

摘要：描述了一種用于低壓電器熱測試實驗的交流穩流逆變電源的設計與實現。逆變器的控制采用了帶有電感電流瞬時值反饋的雙環控制策略，以提高系統的穩定性和動、靜態性能，并對控制環節進行了建模和詳細分析。實驗結果顯示電流源的設計達到了國標要求。

    關鍵詞：逆變器；正弦波脈寬調制；瞬時值反饋

引言

本文所描述的交流穩流逆變電源應用于低壓電器長延時熱脫扣試驗，適用于對斷路器、熱繼電器等低壓電器作長延時特性的校驗和測試。為保證溫升試驗的準確性，測試正弦電流必須穩定、精確。根據國家標準GB14048.2－94要求，長延時熱脫扣試驗的電流誤差≤±2％，正弦波失真度<5％。

    目前國內大多數采用的長延時熱脫扣試驗方案是通過變壓器直接對斷路器施加一個電壓以獲得測試電流[1]。在測試過程中，由于電網電壓的波動、載流電路中引線電阻變化、負載本身電阻發熱變化，使測試電流隨之變動，難以滿足國家標準的要求。本文介紹了一種新型的交流穩流逆變測試電源，具有工作穩定可靠、輸入功率因數高、輸出精度高、波形失真度小、效率高的優點。

1 交流穩流逆變電源體系結構

功率主電路采用AC/DC/AC結構，如圖1所示。前級為功率因數校正（PFC）電路，由Boost變換器構成，用于提高網測功率因數、降低網側電流的THD值，并為逆變部分提供一個合適的直流母線電壓。后級的全橋逆變電路完成正弦波逆變、快速調壓穩流功能。逆變輸出的高頻SPWM波經過LC濾波，得到平滑正弦波。由于負載電阻小，電壓低，電流大（15～160A連續可調），采用升流變壓器進行降壓增流，可以使逆變電路主開關管的選取容易許多。由圖1中可以看出，該逆變器實際上是一個電壓型電流源，即通過對逆變橋輸出電壓的快速調節來實現恒流輸出。

    交流穩流源采用全橋SPWM逆變電路，并工作于倍頻單極性模式下，這樣逆變橋在不增加開關損耗的情況下，其輸出電壓的頻率比開關頻率再提高一倍，而且諧波含量較小，可以簡化輸出LC濾波電路，也有利于減小波形的失真度。

    數字部分由MCS－51單片機電路組成，具有兩個功能：其一，作為人機接口界面，帶有鍵盤輸入和液晶顯示模塊，實現給定值設定、負載電流顯示等功能；其二，單片機與控制電路接口，實現標準正弦波的給定、逆變電路的軟啟動、電路時序控制、負載檢測等諸多功能。

2 逆變電路控制系統的建模與分析

交流穩流逆變器的負載是純阻性負載，增流變壓器和負載可視為一等效電阻R。則逆變器輸出濾波電感L、濾波電容C和R構成二階振蕩環節，其阻尼比為

滿載時R最大，ξ最小，系統最不穩定；而輕載時R變小，ξ變大，系統較易穩定；所以，閉環穩定

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