逆变器控制

“逆变器控制”的基本定义是从DC（直流电）转换为AC（交流电）。众所周知，直流电的电压是与时间无关的常数值，但交流电压具有时间依赖性。最常见的直流电例子是干电池的输出电压，交流电的例子是家用60Hz交流电源。
逆变器控制广泛应用于多种能源转换，例如空调系统或洗衣机的电机控制（电能转换为动力），感应加热烹饪机（电能转换为热能），以及将太阳能发电转换为家用交流电源的功率调节器（电力转换）。

逆变器控制系统由两个功能电路组成。一个是交流电压的“原始波发生器”，另一个是产生目标交流电压波的“交流发生器”。原始波发生器将产生一系列高度相同但宽度由发生器进行选择的脉冲；该系列脉冲是目标交流波的“原始波”。每个脉冲的宽度由一个特殊的计算决定，稍后将加以说明。
交流发生器将原始波修改为交流波。这个电路里有几对开关。为了便于说明，我们仅考虑功能电路中只有一对开关的情况。一个开关的一个端子连接到直流电压源（V+），另一个开关的一个端子接地。两个开关的另一个端子相互连接，构成交流发生器的输出端子。每个开关都由原始波的修正波进行控制。此配置可产生三个电压电平，即直流电压电平（V+）、接地电平和V+与接地之间的中间电平。
这种解释只针对两个开关的情况，但很明显，更多的开关和精密的开关控制将产生比简单的直流和GND电平更加复杂的交流波。

出于本文的目的，现在的主题应该改为原始波发生器。

在许多情况下，目标交流波是正弦曲线。例如，电机控制系统需要正弦波来驱动电机，因为理想的正弦曲线应能提供最安静的旋转或最小的功耗。另一个例子是功率调节器，它将在商用电源线上产生60Hz正弦波。

现在，我们讨论原始波发生器如何产生原始波，以及它如何通过交流发生器转换成正弦曲线。

正弦曲线的原始波产生如下。
首先，应该做一些定义。交流发生器的最大输出电平为+V，最小输出电平为-V。输出正弦曲线的幅度小于2x V。

接下来，制作等腰三角形。三角形的高度是2x V，它沿着水平轴（时间轴）重复，底部是固定的时间间隔。正弦曲线和三角形放在图表上。

将三角形的值与正弦曲线的值进行比较，如果正弦曲线大于三角形，则定义为“1”；如果不大于三角形，则定义为“0”。这将获得一个序列的单位高度脉冲，这就是正弦曲线的原始波。

原始波（信号S）的特点是在正弦曲线的较大值处出现较宽的脉冲。为了更好地理解脉冲是否会被修改以填充相邻的空间而不改变脉冲的面积，需要一个正弦曲线的形状（信号Sa）。不难想象，当等腰三角形变陡时（底部变小），形状更接近正弦曲线。注意，信号Sa不是实际波，而是概念波。

用于产生一种由等高和可变宽度脉冲组成的类似于原始波形的技术即称为脉宽调制（PWM）。逆变器控制采用PWM技术实现。

逆变器控制的基本功能是由原始波发生器产生PWM原始波，交流发生器将产生由原始波转换的正弦波。实际实施时并非完全如此。控制系统中有一个电机或另一个器件，这在电气世界中被称为“负载”。当负载运行时，它会使交流发生器输出的正弦波发生畸变；正弦波的幅度可能减小，相位可能略有变化，或者频率可能不稳定等等。
系统中应有更多的功能以便得到理想的正弦波曲线。交流发生器输出波形（负载输入）的监测功能。接下来，应将监测信号与理想波形进行比较。因此，如果被监测信号的幅度较小，则原始波发生器的输出，即PWM脉冲应较长，反之亦然。重复这一过程后，输出波形将非常接近理想波形，并试图保持波形形状不变。

一般来说，如上所述的这种回路被称为“反馈控制”系统。由于采用反馈控制，逆变器控制可以应用于各种不同的负载值。

本文简要介绍了逆变器控制的基本概念，接下来的问题是应采用何种电路来实现逆变器控制。
其答案是：用于监测交流发生器输出的监测电路、等腰三角形发生器、监测信号与等腰三角形的比较电路（信号S发生器）、监测信号的信号S与理想正弦波理想信号S的比较器、理想信号S的存储器、PWM脉冲发生器，以及交流发生器本身。
让我们了解一下每个电路的更多细节。
用于交流发生器输出的监测电路是一个AD转换器，它将监测的模拟信号转换为数字值。这种转换简化了转换值和等腰三角形值（数字值）之间的幅度比较。
使用一个计数器电路来制作等腰三角形。计数器应以相当快的频率时钟对脉冲进行计数，并在达到某个预定的计数值后递增和递减；这将生成等腰三角形。
比较将由一个数字计算器电路完成。
理想正弦曲线的信号S存储在存储器中。
而PWM脉冲将由专门控制一系列PWM脉冲的专用电路产生。

不难理解，几乎所有用于逆变器控制功能的电路都集成在微控制器芯片上。特别是具有PWM控制IP（知识产权）的微控制器是实现逆变器控制的最佳方案之一。

关于逆变器控制的简要介绍到此结束。这个例子可能过于简单，尚无法帮助您理解全部的技术。请参阅书店或图书馆书架上的专业书籍，以便进一步学习。