臭氧发生器多频逆变电源中的PDM控制策略

-118--119-臭氧发生器多频逆变电源中的PDM控制策略董润1，秦实宏1，孙超2，AtuaheneSamuel1，周霖1（1.武汉工程大学电气信息学院，湖北武汉430205；2.虞城县供电公司河南商丘476308）收稿日期：2013–06–24稿件编号：201306155作者简介：董润(1989—)，女，河南焦作人，硕士研究生。研究方向：电力电子。臭氧作为一种强氧化剂，具有杀菌，消毒，脱色等作用，现在已经广泛应用于饮用水的净化消毒和工业上的污水处理当中，另外，空气的净化以及医疗器械的杀菌消毒等方面，臭氧也发挥着其巨大的作用。臭氧易于分解无法储存，需现场制取现场使用（特殊的情况下可进行短时间的储存），所以凡是能用到臭氧的场所均需使用臭氧发生器。早期的臭氧发生器主要采用工频升压方式供电，由于臭氧发生器的非线性容性负载的特性，这种电路存在着功率因数低，向电网注入大量谐波，工作频率低等缺点。目前臭氧发生器主要采用升压方式供电，其具有能耗低，单机产量高和易于工业现场生产等优点。在臭氧发生器的逆变电源中，传统的PDM调功控制方式易于实现数字化控制，且开关损耗相对较小，输出频率不变，但由于逆变器输出功率的频率不完全等于负载的自然谐振频率，使得在需要功率闭环的场合中，系统容易失控，导致工作时的稳定性不高，并且其功率调节特性不理想，呈有级调功方式。本文在分析了PDM调功原理的基础上基于臭氧发生器电源多频准谐振逆变拓扑结构提出PDM与PWM混合控制的策略来调整功率输出，可使PDM有级调功的缺点得到缓解，从而使得电源在闭环系统中的鲁棒性得到了提高[1]。简要分析DBD型臭氧发生器逆变电源的工作原理，在对PDM调功原理与实现方法的分析的基础上，针对其调功方式的优点和缺点，提出了一种PDM和PWM的混合调功策略。通过对拓扑结构功率输出单元工作过程和功率输出周期工作过程的分析，得到了多频臭氧发生电源的功率调节规则，并通过仿真对其进行了验证。关键词：臭氧发生器；逆变电源；PDM;PWM中图分类号：TN710文献标识码：A文章编号：1674-6236(2014)05-0118-03摘要：1脉冲密度调制的原理ThePDMpowercontrolstrategyofmulti-frequencyinverterpowersupplyforozonegeneratorDONGRunl,QINShi-hongl,SUNChao2,AtuaheneSamuel，ZHOULinl（1.SchoolofElectricalandInformationEngineering,WuhanInstituteofTechnology,Wuhan430205,China;2.PowerSupplyCompanyofYuchengCounty,Shangqiu476308,China）Abstract:ThepaperanalysesthebasicprincipleoftheDielectricBarrierDischarge(DBD)typeozonegeneratorinverter.BasedontheanalysisofPDMpowertheoryandmethod,andaccordingtoitsadvantagesanddisadvantages,aPDMandPWMbasedcontrolschemewasproposed.Byanalyzingtheprocessesoftheoutputunitandperiodofthepower,wegettherulesofthepowerofthemulti-frequencyozonegenerator,anditisverifiedthroughsimulation.Keywords:Ozonegenerator;inverter;PDM;PWM脉冲密度调制(即PDM)是一种开关脉冲的时间比率控制方式，采用能良好的进行频率跟踪的锁相环来跟踪负载电流的频率。传统的PDM原理如图1所示。电路满功率输出所需要的工作周期T由N个功率输出单位构成，其中，一个功率输出单位相当于某个电量一定的持续时间。如图所示，逆变器在H个工作单位里连续向负载输出功率TA，在剩下的(N-H)个功率输出工作单位则停止工作，即图中所示的零功率输出区域。负载能量以自然振荡形式逐渐衰减，则在一个工作周期T内，输出功率的脉冲密度为H/N。要想调节平均输出功率，可以改变单位时间内开关导通脉冲数的比率。图1脉冲密度调制原理Fig.1PrincipleofPDM电子设计工程第5期第22卷Vol.22No.5ElectronicDesignEngineeringMar.20142014年3月-118--119-2多频逆变电源中的PDM在放电结束后，半周期结束前