一种新型逆变器及其滑模控制

摘 要： 提出一种新型逆变器，该逆变器具有拓扑结构简单和控制设计容易的优点，整个拓扑只有一个高频开关，故开关损耗小，且输出电压的幅值可以大于也可以小于输入电压。为了使新拓扑获得很好的动态和稳态性能，在分析其基本工作原理的基础上，对该拓扑的滑模控制进行了研究。最后进行了仿真验证。仿真结果表明，在滑模控制下，新型逆变器对负载扰动具有很好的抑制能力，表现出很好的动态和稳态性能，且输出电压波形谐波含量低，波形质量好，是一种高性能的逆变器。
关键词： 逆变器；谐波畸变率；滑模控制；动态特性

传统单相桥式逆变器作为一种常见的拓扑结构，在许多领域得到了广泛应用。然而，该拓扑的输出逆变电压幅值必须低于输入直流电压，当应用在输出电压高于输入电压的场合时，须增加一级Boost电路来提高直流电压，这会导致逆变器成本、体积和电路复杂性的增加，同时也降低了其传输效率。为此，参考文献[1-3]提出Z源逆变器，其输出电压可高于或低于直流电源电压，且无桥臂直通问题。但 Z源逆变器是在传统桥式逆变器前加了一个Z源网络，其成本和效率问题依然没能很好地解决。参考文献[4-6]对双Boost逆变器进行研究。双Boost逆变器由两个同步Boost级联而成，这种逆变器的输出电压可高于或低于直流电源电压，因而在实用中有更大的灵活性，同时降低了成本，简化了电路。但是该逆变器的两个Boost需要协调工作，每个Boost的两个开关之间需要加入死区时间，因此控制起来相对复杂，且四个开关都工作在高频状态，开关损耗较大。
本文在双Boost逆变器的基础上提出了一种新型逆变器，该逆变器只需要一个Boost电路和一个换向桥。其输出电压可高于或低于直流电源电压，拓扑结构较双Boost逆变器简单，整个拓扑只有一个开关工作在高频状态减少了开关损耗，且不存在两个Boost控制协调的问题。故其拓扑结构和控制结构都相对双Boost逆变器简单。
滑模控制具有很好的自适应性和较强的鲁棒性，能很好地满足高性能要求的场合[7]。为此本文在提出新型逆变器的基础上，对该逆变器的工作进原理行分析，并对其滑模控制进行了研究。