逆变器输出电压电流采样



Shunt相电流采样

Shunt相电流采样

Shunt相电流采样是通过使用分流电阻器（shunt resistors）来测量永磁同步电机相电流的一种方法。这种方法具有较高的经济性、线性度以及高带宽的特性，因此被广泛应用于电机控制系统中。

一、分流电阻器的布置方案

在三相逆变器中，分流电阻器的布置主要有三种方案：低边母线采样、三相下桥臂采样和三相相线采样。

低边母线采样

特点：单个直流链路分流器，在低成本、低功耗、矢量控制的风扇和泵中更为常见。

工作原理：每个PWM周期必须在两个不同的PWM开关状态下测量直流链路电流两次，以重建三相电流。

限制：该方法对于零相电压不起作用，因为所有三个PWM占空比都是50%，除非使用复杂的PWM补偿算法进行扩展。

三相下桥臂采样

适用场景：对应12~60V，功率不高于5kw的永磁同步发电机来说，这个布置方案是非常合适的。

特点：MCU不需要进行隔离并直接连接到电源负极。分流器可以放置在三相逆变器的两个或三个支路中。

限制：只能在低边MOS导通的情况下进行电流采样，因此在电机电压利用率较大，低边MOS导通时间很短的情况下，电流采样时不能保证电流是否稳定，导致电流采样精度降低。

三相相线采样

特点：采样精度最高，是主驱电机的相电流采样主流方法之一。

挑战：相线采样应用中最大的挑战是较大的共模电压，需要采样成本更高的差分放大电路。

二、分流器电流与相电流的关系

在不同的分流器布置方案中，分流器电流与相电流的关系有所不同。图2显示了每个布置方案的理想分流器电流与相电流在一个脉宽调制（PWM）周期内的关系。

低边母线采样：通过测量直流链路电流并结合PWM占空比来重建三相电流。三相下桥臂采样：在低边MOS导通时测量相电流，但由于导通时间短，可能导致采样精度降低。三相相线采样：直接测量相电流，采样精度最高，但受共模电压影响，需要差分放大电路。

三、采样时间的确定

为了获得准确的相电流信息，需要根据不同的分流器布置方案确定合适的采样时间。采样时间的选择应确保分流器电压信号能够稳定地转换为数字信号，供微控制器（MCU）处理。

低边母线采样：需要在两个不同的PWM开关状态下进行采样，以获取足够的电流信息来重建三相电流。三相下桥臂采样：应尽可能在低边MOS导通期间进行采样，但需要考虑导通时间短对采样精度的影响。三相相线采样：由于采样精度最高，可以在任何时刻进行采样，但需要注意共模电压对差分放大电路的影响。

四、展示

以下是三种分流器布置方案的示意图：

（注：以上展示了三种分流器布置方案以及分流器电流与相电流的关系。）

五、总结

Shunt相电流采样是一种经济、线性度高且带宽高的相电流测量方法。在永磁同步电机控制系统中，根据具体的应用场景和性能要求，可以选择合适的分流器布置方案。低边母线采样适用于低成本、低功耗的应用；三相下桥臂采样适用于中等功率范围的应用；而三相相线采样则具有最高的采样精度，适用于对性能要求较高的主驱电机应用。在选择采样时间时，需要确保分流器电压信号能够稳定地转换为数字信号，以供MCU处理。

逆变器电源过流保护

逆变器电源过流保护是一种安全机制，旨在防止电流过大导致设备损坏或安全事故。其主要特点和实现方式如下：

定义与作用：

定义：逆变器电源过流保护是指当逆变器输出电流超过预设阈值时，自动触发保护措施，切断或限制电流输出，以保护逆变器及负载设备免受损害。作用：防止因电流过大引起的设备过热、短路、甚至火灾等安全隐患，确保系统的稳定运行。

实现方式：

电流采样：通过电流传感器或互感器实时检测逆变器输出电流。比较判断：将采样到的电流值与预设的过流保护阈值进行比较。若电流值超过阈值，则触发保护动作。保护动作：保护动作可能包括切断逆变器输出、降低输出功率、或发出报警信号等，具体取决于保护电路的设计。

调试方法：

限流电源测试：在调试过电流功能板时，可以先不接主电路板，采用一个限流电源输出指定的电流，以模拟过流情况。调节电路参数：通过调节比较器的输入滤波电路、采样电路等，确保在预定电流值时保护动作能够准确触发。主电路调试：在确认过流保护功能正常后，再接入主电路进行整体调试，确保逆变器在各种工况下均能可靠工作。

总结：逆变器电源过流保护是逆变器安全运行的重要保障，通过电流采样、比较判断和保护动作等机制，有效防止了因电流过大引起的设备损坏和安全事故。在调试过程中，需采用科学的方法，确保保护功能的准确性和可靠性。

如何制作48伏转220伏逆变器

制作48伏转220伏逆变器的方法主要包括以下几个步骤：

输入稳压处理：

由于48伏直流转220伏输入是不稳定的，因此首先需要加一级PFC（功率因数校正）稳压电路。这一步的目的是确保输入电压的稳定，为后续的逆变过程提供可靠的电压基础。

全桥逆变器设计：

经过PFC稳压后的电压接入全桥逆变器。全桥逆变器是逆变过程中的关键部分，它能够将直流电压转换为交流电压。在设计时，需要选择合适的开关管、驱动电路以及保护电路，以确保逆变器的稳定性和可靠性。

工频变压器升压：

全桥逆变器输出的交流电压需要经过工频变压器进行升压，以达到220伏的输出电压。工频变压器的选择和设计需要根据逆变器的输出功率和输出电压要求进行。

滤波电路设计：

为了获得更加平滑的交流输出电压，需要在工频变压器的输出端接入滤波电路。滤波电路通常由电感、电容等元件组成，能够有效地滤除输出电压中的高频谐波成分。

输入接口部分处理：

输入接口部分包括12伏直流输入VIN、工作使能电压ENB及Panel电流控制信号DIM。这些信号由外部电源和主板提供，用于控制逆变器的工作状态和输出电流大小。在设计时，需要确保这些信号的准确传递和处理。

输出电压反馈机制：

当负载工作时，逆变器需要采样输出电压并进行反馈，以稳定输出电压。这一步骤通常通过电压采样电路和PWM控制器实现，能够根据负载变化自动调整逆变器的输出状态，确保输出电压的稳定性和准确性。

综上所述，制作48伏转220伏逆变器需要综合考虑输入稳压、全桥逆变器设计、工频变压器升压、滤波电路设计、输入接口部分处理以及输出电压反馈机制等多个方面。在实际制作过程中，还需要根据具体的应用场景和需求进行细化和调整。

微电网逆变器PQ控制_SIMULINK_模型搭建详解

微电网逆变器PQ控制_SIMULINK_模型搭建详解

一、PQ控制概述

PQ控制，即恒功率控制，是微电网逆变器的一种经典控制方式。在这种控制方式下，电压和频率由电网给定，逆变器通过控制电流进而控制输出的功率为给定值。因此，PQ控制本质上是一种电流控制。

二、PQ控制框图解析

如上图所示，PQ控制框图主要包括以下几个部分：

功率环：根据给定的功率指令（P和Q）与实际输出的功率进行比较，得到电流的参考信号。电流环：对电流参考信号进行PI调节，得到三相调制波的dq轴分量。2r/3s逆变换：将dq轴分量转换为三相调制波。SPWM调制：将三相调制波与载波进行比较，产生六路PWM脉冲信号，控制开关管的通断。

三、SIMULINK模型搭建

1. 功率电路部分

功率电路部分主要包括直流源、两电平变换器、LC滤波器、电网及线路阻抗。采样输出的电压电流信号送入控制部分。

2. 控制电路部分

控制电路部分主要实现以下功能：

利用电压电流信号求得瞬时功率。电压锁相，确保与电网电压同步。坐标变换，将三相静止坐标系转换为dq旋转坐标系。功率指令求得电流的参考信号，经过电流环PI调节得到三相调制波。

3. SPWM发波部分

SPWM发波部分采用双极性调制方式，确定六路PWM脉冲信号，控制开关管的通断。

至此，SIMULINK模型搭建完毕。

四、仿真结果

1. 功率输出

仿真结果显示，输出的有功功率为10kW，无功功率为0，能够准确跟踪给定信号。

2. 输出电压电流信号

输出电压电流信号波形良好，符合预期。

3. 电流信号的THDi

测量此时电流信号的THDi（总谐波失真），结果为0.84%，满足电网小于5%的要求。

五、总结

本文详细介绍了微电网逆变器PQ控制的SIMULINK模型搭建过程，包括功率电路部分、控制电路部分和SPWM发波部分的搭建。仿真结果显示，该模型能够准确跟踪给定的功率指令，输出电压电流信号波形良好，且电流信号的THDi满足电网要求。希望本文能够为读者在微电网逆变器控制方面的研究和应用提供参考。

逆变器工作原理

逆变器工作原理是将直流（DC）电压转换为交流（AC）电压。以下是逆变器工作原理的详细解释：

基本转换过程：

逆变器是一种DC to AC的变压器，与转化器形成电压逆变的过程。逆变器将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电，而转换器则是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出。

核心控制技术：

逆变器采用脉宽调制（PWM）技术，其核心部分是一个PWM集成控制器，通常使用TL5001芯片。TL5001芯片包含误差放大器、调节器、振荡器、有死区控制的PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等功能。

输入接口信号：

输入部分包括12V直流输入VIN、工作使能电压ENB及Panel电流控制信号DIM。VIN由Adapter提供，ENB电压由主板上的MCU提供，用于控制逆变器的工作状态。DIM电压由主板提供，用于调节逆变器向负载提供的电流大小。

电压启动回路：

当ENB为高电平时，逆变器输出高压以点亮Panel的背光灯灯管。

PWM控制器功能：

PWM控制器负责内部参考电压、误差放大、振荡器和PWM信号的生成。还具备过压保护、欠压保护、短路保护等功能，确保逆变器的安全运行。

直流变换过程：

由MOS开关管和储能电感组成电压变换电路。输入的脉冲经过推挽放大器放大后驱动MOS管做开关动作，对电感进行充放电，从而在电感的另一端得到交流电压。

LC振荡及输出回路：

保证灯管启动所需的1600V电压，并在灯管启动后将电压降至800V。

输出电压反馈：

当负载工作时，通过反馈采样电压来稳定逆变器的电压输出。

综上所述，逆变器通过一系列复杂的电路和控制技术，将直流电压高效、安全地转换为交流电压，以满足各种应用场景的需求。

单电阻电流采样原理

单电阻电流采样原理

单电阻电流采样是一种在电力电子系统中常用的电流检测技术，尤其适用于三相逆变器等需要精确控制三相电流的应用场景。其基本原理是通过一个共享的采样电阻，在不同的开关状态下分别采样各相的电流。

一、基本原理

在三相系统中，三相电流满足关系式Ia + Ib + Ic = 0。双电阻和三电阻采样方案通常在零矢量时刻采样，但单电阻采样不能在零矢量时刻进行，因为在该时刻，唯一的直流电阻上采样到的电流为零。因此，单电阻采样必须在非零矢量时刻进行。

在七段式SVPWM（空间矢量脉宽调制）模式下，不同的矢量状态对应不同的开关组合。例如，在100矢量下，A相上管开通，B/C相下管开通。此时，电流从A相上管流入电机，然后从电机流入B/C相下管。无论电动模式还是发电模式，流经直流采样电阻的电流都是Ib和Ic的合成，根据三相电流的关系式，可以推算出Ia。同理，在110矢量下，可以采样到Ic。

二、采样过程

在同一个开关周期内，通过两次非零矢量下的采样，可以分别得到两相的电流信息。矢量和相电流的对应关系如下：

在100矢量下，采样得到的是Ib和Ic的合成电流，通过计算可得Ia。在110矢量下，采样得到的是Ic。类似地，其他矢量状态下也可以采样到不同的相电流。

需要注意的是，采样点是不固定的，采样得到的电流和相对应的矢量状态是密切相关的。因此，在确定采样点时，需要考虑运放的压摆率、输出稳定时间、MOS门级驱动器的传输延时、ADC的采样保持转换时间以及开关器件的开关延时和死区等因素。

三、采样电路与延时

采样电路通常包括一个差分放大电路，用于将采样电阻上的电压信号放大并输入到ADC进行采样。运放的压摆率决定了输入到输出的上升时间，而稳定时间则取决于运放的带宽、增益以及精度等指标。

在实际应用中，由于存在各种延时（如运放的压摆率延时、输出稳定延时、MOS门级驱动器的传输延时、ADC的采样保持转换延时以及开关器件的开关延时和死区等），采样点可能会偏离理想位置。因此，在确定采样点时，需要充分考虑这些延时因素，并留出足够的宽度用于ADC的保持和转换。

四、错峰采样与采样窗口

为了确保能够采样到真实的相电流，通常采用错峰采样的方法。即在两个不同的非零矢量状态下分别采样两相电流，以避免同时采样到同一相电流。同时，采样窗口的宽度也需要足够大，以确保ADC能够准确采样到电流信号。然而，在实际应用中，由于各种限制（如硬件性能、成本等），采样窗口的宽度可能受到限制。因此，需要在保证采样精度的前提下，尽量优化采样窗口的宽度和位置。

五、注意事项在设计采样电路时，需要注意避免在采样电阻或运放输入端对地加滤波电容，因为这可能会改变电阻上电压的波形，从而影响运放输出的建立和采样结果。采样电阻的选择需要综合考虑精度、功耗和温度系数等因素。在确定采样点时，需要充分考虑各种延时因素，并留出足够的宽度用于ADC的保持和转换。为了提高采样精度，可以对采样增益和采样偏置进行校正。六、展示

以下是一些关于单电阻电流采样的展示，用于更直观地理解其原理和应用：

这些展示了单电阻电流采样的不同方面，包括矢量状态、采样点、采样电路、延时以及校正等，有助于更深入地理解其原理和应用。

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