滯環電流控制是一種簡單的Bang-Bang控制方案，易于實現，且具有很強的魯棒性和快速響應能力，廣泛應用于逆變電源[1]、有源濾波[2]、電機控制[3]、并網發電[4]等場合。但滯環電流控制的主要缺點是開關頻率不固定。準確掌握開關頻率的分布范圍是進行電路(特別是濾波器)設計與優化、諧波分析、損耗計算的基礎，具有重要研究意義。現有滯環電流控制頻率分析方法[5-8]，忽略了一些非理想環節(如延時環節)的影響，同真實情況間存在較大誤差。參考文獻[5-8]等直接給出的仿真與實驗結果，缺乏與頻率理論計算的相互驗證。本文將對逆變器滯環電流控制進行更準確的分析：首先分析考慮延時環節后滯環電流控制的詳細物理過程；得出延時環節對實際電流改變量及瞬時開關頻率的影響與表達式；與實驗結果相驗證。

1 考慮延時兩態滯環電流控制分析
    在圖1典型電路的基礎上進行分析。Ud為輸入電壓，開關S1、S2構成半橋型橋臂,橋臂中點A輸出的調制波經L、C濾波后得到正弦電壓輸出。采用電壓外環電流內環（滯環）雙環控制策略。
    圖1中，電感電流iL經反饋電路后轉變為電感電流反饋信號iLs，設反饋系數為Kif，則iLs=Kif iL；iLs與電流基準（電壓環輸出）iR相減得電流誤差信號ie；ie再經滯環比較器得到PWM信號，驅動主電路功率管開關，控制電感電流在設定的正負環寬內。當ie大于正環寬時，滯環比較器輸出低電平，逆變橋中點A輸出-1態，電感電流下降；當ie低于負環寬時，滯環比較器輸出高電平，逆變橋中點A輸出+1態，電感電流上升，總保持ie在正負環寬內。

2 環寬、電流改變量的實驗驗證與分析
    由以上分析，可以得出以下一些推論：
    (1)由于實際系統延時環節的影響，實際電流改變量將大于設定的滯環環寬量值。
    (2)Δh取值較大時，延時環節的影響可以忽略不計；但當Δh取值較小時，延時環節在式(5)和式(6)中所占的比重很大，在兩態滯環電流控制分析與設計中必須加以考慮。
    (3)環寬對電流改變量的控制是有限的，環寬減小到一定程度后，延時環節將起主要作用；電流改變量無法取很小的值，至少要大于Δi1＋Δi2。
    通過原理樣機試驗結果驗證以上推論。主電路采用雙buck逆變器[10]。該電路由兩個buck直流變換器組合得到，各提供一半的電感電流，其詳細原理不再贅述。樣機參數如下：直流側輸入母線電壓Ud=±180 V，輸出單相110 V/400 Hz，反饋系數KiL＝0.333 Ω。電流采樣使用LEM器件LA100-P，查閱其電氣參數，采樣延時σ1=50 ns。實測系統控制延時σ2=4 μs。滯環比較器電路如圖1所示，環寬為：
    
    這里需要先做如下說明：
    (1)環寬較大時，為維持輸出電壓波形質量，第①組使用電感值大于后三組。
    (2)表1對應實驗波形如圖4所示。圖4(a)、圖4(b)中，uo為逆變器輸出電壓，iL1為正半周電感電流，uA、uB分別為雙buck逆變器兩個橋臂中點輸出的調制波形。iLS為電感電流反饋，有iLs=KiL ΔiL，由于反饋系數KiL量綱為Ω，電流反饋iLs已轉變為電壓信號，單位V；g2為雙buck逆變器負半周開關管的驅動波形。
    (3)為了與圖4實驗波形保持一致，便于直觀比較，第①組數據計算的是電感電流改變量ΔiL(（單位：A）；第②、③、④組數據計算的是電感電流反饋改變量ΔiLs，ΔiLs=KiL ΔiL（單位：V）。

    (4)傳統分析中，電流反饋改變量即為滯環環寬，表1中Δh亦表征傳統方法計算結果。
      由表1、圖4可驗證前述推論：
      (1)實際電流改變量大于設定環寬，本文方法計算結果與實際觀測結果基本吻合；傳統分析電流改變量計算結果偏低，誤差為hσ；
      (2)本樣機的延時環節(主要是控制延時)造成的電流改變量大于設定環寬Δh的量值，其影響不能忽略不計；
      (3)由第②、③、④組數據，設定環寬值所占比重小，設定環寬值減小對電流改變量影響小，延時環節的影響起了主要作用。
3 開關頻率計算與實驗驗證
    由于延時環節的影響，瞬時開關周期延長了，各次開關的瞬時開關頻率及平均開關頻率值均變低。而傳統方法計算出的開關頻率值必將高于實際值，且在延時環節比重較大時存在較大誤差。

    本文就延時環節對兩態滯環電流控制的影響進行了分析；推導出更吻合實際情形的瞬時開關周期表達式；能較為準確地分析出整個工頻周期內各次開關頻率。延時環節使得電感電流改變量大于滯環環寬（亦可等效為環寬擴大）。當延時時間折算環寬與設定環寬相當時，其影響不能忽略；當設定環寬減小到一定程度時，延時環節的影響將起主要作用。
    瞬時開關周期可分解為兩部分，分別由設定環寬和延時環節引起，均與瞬時輸出電壓的平方相關。該表達式能更準確地反映實際情形。
參考文獻
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