实战分析 如何实现逆变变压器偏磁的校正

逆变变压器的偏磁校正工作，对于很多从事电源产品研发的工程师来说并不陌生，对于如何抑制逆变变压器的偏磁情况，每个工程师也都有其独特的处理方法。在今天的案例分享中，我们将会为大家分享一种抗直流偏磁控制器的设计方案，以此实现对变压器的偏磁校正和抑制。

下图中，图1所显示的是一种单相SPWM逆变电路及触发脉冲波形，能够看出在图1中，逆变变压器电路的偏磁情况比较严重。在本方案中，针对这种单向偏磁的问题，我们所设计的抗直流偏磁控制器其工作原理框图如下图图2所示。

图2中所显示的抗直流偏磁控制器，在正常运行的过程中，对偏磁情况能够有效进行校正。在这里我们分享一下这种抗直流偏磁控制器的工作原理。在电源及铜、控制器开始工作后，当取样电路检测出一次侧存在直流分量U_m，则直流分量U_m将会被送至调节器进行误差放大，其输出信号U_e作为脉宽调制器的控制信号，使输出脉宽跟踪U_m。此时所得出的平均值Uo去校正控制电路的参考正弦，使其恢复SPWM波正负脉冲对称性。在这里我们假设在一个基波周期内，VT1、VT4管较VT2、VT3管的导通时间长，则U_m正（本方案中设ULA的正方向为自A至B），直流分量U_m通过取样电路送至调制电路，参与调制波校正，采用PI控制方法，实时调节SPWM的宽度，使得VTl、VT4管导通时间相应减小，而V12、VT3管的导通时间增大，直至队平均值为零，从而实现了对U1的直流分量进行实时补偿，使得正负脉冲伏秒积相同，达到消除正直流分量的目的，避免了单向偏磁。

图1 单相SPWM逆变电路及触发脉冲波形图

图2 抗直流偏磁控制器的原理框图

通过上文中对这一抗直流偏磁控制器工作原理的介绍，我们可以看到，由于此电路直接地实时检测U:直流分量，故对各种不可预见因素造成的单向偏磁均能进行抑制。接下来，就是这一偏磁控制器的设计环节了。在本方案中，我们主要采用数字直流偏磁控制中，控制器的设计是抑制直流偏磁关键，要求一次侧电流直流分量最小误差收敛到零，并满足一定动态指标。我们假设一次侧电流产生很小的直流分量，采样电路产生很小的偏差直流ie（K），由此产生的控制量可以通过下式计算为:

此时我们采用PI增量式控制算法，其表达式为：

在完成了逆变变压器的抗直流偏磁控制器设计环节后，接下来的步骤是最为关键的一环，那就是对这种偏磁控制器的检测与校正。在正弦波逆变电路图中，可在变压器的原边直接地添加取样电路，实时检测输出电压U，的直流分量，在输出变压器中，励磁电流一般仅占一次测电流的2%，因此检测一次侧电流得直流分量必须先滤除励磁电流中的基波及高频成分。在本方案中，该系统的具体采样电路如下图图3所示。如果是在数字式控制的单相逆变电源中，采用采样输出变压器一次侧电流用于偏磁的反馈控制，通过数字PI控制器得出的控制量用于对驱动脉宽进行修正，可以减小一次侧电流中的直流分量，把直流偏磁限制在较小范围之内。

图3 逆变变压器一次侧直流分f检测取样电路

下图中，图4所显示的是没有运用偏磁校正逆变器输出波形，从图中可以很明显的看到，当变压器进入饱和后，原边电流随电压升高急剧增大，导致输出电压由于偏磁明显发生畸变。下图图5为有抗偏磁电路电压输出波形图，其输出电流波形呈正弦波。从图中可以看出，加人抗偏磁控制回路以后，采用数字式PI控制把变压器的原边电压作为反馈量进行闭环控制，对变压器的直流偏磁加以校正，变压器原边的电流波形明显得到改善，这充分证明该方法能够有效抑制变压器的直流偏磁。

图4 无偏磁校正变压器偏磁后原边电流波形

图5 加偏磁校正变压器原边电流波形

以上就是本文针对逆变变压器的偏磁校正所进行的简要介绍，希望能够对各位工程师的研发设计工作有所帮助。