“阶梯波叠加—谐波抵消”技术在DC/AC变换中应用

郑和俊 穗贵良

摘 要：本文以二次电源设计为背景，介绍DC/AC正弦变换的设计思路，着重分析了“阶梯波叠加-谐波抵消”技术在该二次电源中设计与运用，通过与现今其它开关状态的主流DC/AC正弦波变换技术的比较，进一步了解“阶梯波叠加-谐波抵消”的特点。

关键词：阶梯波叠加-谐波抵消；DC/AC正弦变换

随着航空技术的发展和作战要求，对军用装备的安全、可靠、长时地工作方面提出了更高要求，我们设计的换流器DC/AC变换输出，就必需保证波形是符合陀螺电机使用的正弦（或余弦）规律变化的三相交流波形。

DC/AC变换器设计

1. 主要技术指标

输入：28V直流电压；

输出：电压：三相正弦有效值36V；

频率：1000Hz；

负载：负载电流不大于1.8A；

失真度：不大于5%；

每相不均匀负载不大于10%。

1. “阶梯波叠加-谐波抵消”方案的确立

当前，开关状态的主流DC/AC正弦波变换技术，不外乎三种本质，即：

（1）PWM脉宽调制准方波谐振滤波技术；

（2）SPWM正弦脉宽调制技术；

（3）“阶梯波叠加-谐波抵消”技术。

三项技术应用于不同场合，各有利弊。

第（1）项PWM脉宽调制准方波谐振滤波技术。它的输出本是方波状态，只不过在方波输出端加设了谐振滤波器，预先滤除并消耗掉大部分高次谐波而成正弦波输出。由于谐振滤波器易受负载类型干扰，故带非线性负载能力差，且效率低，只适用于单相或三相小功率场合，我们不宜选取。

第（2）项SPWM正弦脉宽调制技术，是在PWM脉宽调制基础上发展起来的新型变换技术。它的基本原理是依据一正弦波幅值规律调制产生多级PWM脉冲头而进行开关功率放大输出。由于其调制过程中已完成大部分高次谐波抵消，所以输出滤波容易，体现出效率高、电路简单的优点，适宜于单相或三相中、大功率变换输出。但该电路仍存在带非线性负载能力不强、输出功率开关管易受干扰冲击失效等缺点，特别是在同时产生六相正弦交流输出方面，该方案已变得复杂繁琐，无优势可言。因此，也非我们所选择的理想方案。

对于（3）项“阶梯波叠加-谐波抵消”技术，我厂开发应用比较早，认识比较足，技术成熟。它基本原理基于多级相移一定电导角的低压幅值准方波预先经开关功率放大后，按正弦（或余弦）幅值规律、以阶梯方式叠加后抵消大部分高次谐波而形成正弦（或余弦）交流输出。它的突出优点是适宜于直流DC27V输入环境、带均衡非线性负载能力强、变换效率高。特别是在三相、六相乃至九相交流变换中，电路相对以上方案来得简单。

“阶梯波叠加-谐波抵消”技术

“六分相准方波叠加-谐波抵消”方案，是我们实现双三相DC/AC变换的主要手段，对于六相准方波，彼此相移30°电导角以一定幅值规律叠加，抵消一定高次谐波。

2）六分相准方波叠加在没有输出滤波器的情况下波形失真度为：

为保证换流器波形失真度满足技术指标，输出端加入滤波器，便可达到不大于5%。

3 结语

本文以某型号电源中DC/AC變换器设计为主线，详细介绍了“阶梯波叠加-谐波抵消”技术的特点及变换原理。目前DC/AC变换的方案很多，设计方案还需要根据实际工作要求、特点和使用环境进行选取。

参考文献：

[1]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计.电子工业出版社，1998.

[2]丁玉美，高西全.数字信号处理（第二版）.西安电子科技大学出版社，2001.