新型频率跟踪移相PWM控制电路.doc

第4章 新型频率跟踪移相PWM控制电路的研究 本章重点阐述频率跟踪移相PWM控制技术的实现，即具体实现频率跟踪移相PWM控制的电路。前一章已经对在频率跟踪移相PWM控制下的DBD型臭氧发生器用串联谐振式逆变器的一些性能进行了分析，本章将承接上一章的内容，设计一种能完成频率跟踪与移相调功的电路。 4.1几种串联谐振式逆变器频率跟踪移相控制实现方案介绍 串联谐振式逆变器采用不控整流，通过移相控制，即通过调节斜对管驱动信号的移相角，调节输出电压的宽度来调节功率。考虑到串联谐振式逆变器在工作过程中负载等效参数会发生变化所引起的谐振频率的变化，为了确保逆变器输出电压与负载电流的相位关系以及功率管的软开关条件，在控制策略上必须采取负载电流的闭环频率自动跟踪技术。在具体实现时须采用具有频率跟踪功能的移相PWM控制电路来完成上述功能。频率跟踪移相控制电路的实现方案有很多，下面对几种常见的实现方案进行简单的介绍。 文献[48]利用移相PWM时序扩展，从扩展后的移相PWM工作时序中得出一些规律，并在此基础上提出了一种基于负载电流向量和谐振电容电压向量合成的移相PWM控制方案。该方案在串联逆变器工作于阻性（谐振）状态的情况下，移相范围为0o-180°。但当串联逆变器工作于容性或感性状态时，移相范围则为0°-90o。这种移相PWM控制方法直观而且简单，也容易实现。但频率跟踪性能较差。再者，由于在控制电路中使用了两套传感变送装置，使得系统的可靠性、稳定性变差，成本升高。 文献[21，36]提出的是一种利用集成锁相环CD4046实现频率自动跟踪、采用方波－三角波－比较器实现移相控制的频率跟踪型移相控制电路。其基本控制思路是：负载电流经过零比较器后作为锁相环Ⅰ的输入，锁相环Ⅰ的输出信号作为逆变桥基准臂功率管的驱动信号，锁相环Ⅰ的输出信号同时经移相控制电路后作为锁相环Ⅱ的输入，锁相环Ⅱ的输出信号作为逆变桥移相臂功率管的驱动信号。该方案较文献[48]中的实现方案来说，频率跟踪性能得到改善，电路工作在容性或感性状态时，移相范围可达0o-180°，但移相控制电路显得复杂。 文献[49]采用的是一种串联谐振式逆变器工作于谐振状态时的频率跟踪型移相控制电路。在该方案中，必须保证电路在工作过程中三角波信号与负载电流同频同相且幅度恒定，使得控制电路比较复杂。 文献[50]提出了一种计数移相型频率跟踪移相控制电路。频率跟踪功能同样由集成锁相环CD4046实现，移相控制电路则采用了计数移相的控制策略。其基本控制原理是：负载电流取样、过零比较后变换为方波信号,经锁相环输出驱动功率管,可实现频率的自动跟踪。用移相控制产生的锁相脉冲与基准方波比较,产生精确的移相脉冲调节功率输出。负载电流经霍尔电流传感器线性变换成正弦波电压信号,过零比较器将正弦波电压信号变换成同频率方波经锁相环锁定输出,然后经同相反相缓冲器输出到同一桥臂上的开关管。移相控制电压经压控振荡器输出一系列方波与锁相环输出的基方波进入计数器进行移相处理,经锁相环Ⅱ输出方波,然后经同相反相缓冲器控制另一桥臂上的开关管。 文献[51,52]充分利用了由集成锁相环CD4046鉴相器Ⅱ构成的基本锁相环路在锁定状态时输入信号与输出信号之间相差为零的特性，通过改变基本锁相环的结构，在低通滤波器与压控振荡器之间叠加了一级给定信号加法电路，使得改变后的锁相环路在锁定状态时输入信号与输出信号之间有一定的相位差，这个相位差正比与给定信号的幅值，从而实现了移相控制。这种移相控制电路设计复杂，电路稳定性较差。 本文提出的频率跟踪移相控制电路的基本控制思想与文献[21,36]中的实现方案有类似之处。不同之处在于移相控制电路较文献[21,36]中的电路简单、更易实现。该方案充分利用了集成锁相环CD4046在锁定状态时第6、7脚输出的锯齿波与输入方波信号的稳定相位关系，用一给定直流电平与锯齿波作比较产生移相信号，达到频率跟踪移相PWM控制的目的。 4.2基于集成锁相环CD4046的新型频率跟踪移相控制电路 4.2.1锁相环基本知识 图4.1是锁相环路的基本方框图，它主要由相位比较器（PD）、低通滤波器（LPF）和压控制振荡器（VCO）所组成。当压控振荡器的输出频率与输入信号的频率相等时，锁相环路处于锁定状态。当输入信号的频率由于某种原因而发生变化时，必然相应的产生的相位变化。这相位变化在鉴相器中与压控振荡器输出信号的相位相比较，使鉴相器输出一个与相位误差成比例的误差电压，经过低通滤波器，取出其中直流电压分量,用来控制压控振荡器中的压控原件数值，而这压控原件又是VCO振荡回路的组成部分，因此压控原件数值的变化使VCO的频率发生变化，并将VCO的频率拉回。这个因为某种原因使输入信号的频率发生改变时通过锁相环的调节使锁相还的输出频率又回到与输入频率相等的过