文 献 综 述
1 项目背景
电力电子技术在国民经济发展中起到关键的支撑作用，传统的基于硅材料的电力电子功率器件已逐渐接近其理论极限，难以满足高频，高功率密度电力电子技术的发展需求。与传统的硅器件相比，氮化镓（GaN）基半导体电力电子器件有更低的导通电阻，更快的开关速度，更高的阻断电压和更高的最大结温。因此采用氮化镓基半导体器件有望降低电力电子装置的功耗，提高电力电子装置的功率密度和耐高温能力。氮化镓基电力电子器件技术是一项战略性的高新技术，具有极其重要的军用和民用价值，从而在汽车、通信、工业等领域中具有广阔的应用前景[1][3]。
氮化镓基变换器由控制电路、检测电路、驱动电路和以氮化镓功率器件为核心的主电路组成。之前控制芯片多用DSP，数字信号处理器（digital signal processor，DSP），其采用改进的哈佛结构，有着信号处理速度快、运算能力强、程序设计简单等优点。基于DPS数字处理芯片的控制单元是目前伺服驱动器控制单元的主流，目前很多先进算法已经在DSP中得到实现。但DSP串行运算的特性，使得其从算法层减小采样、运算间隔变得极其困难，以DSP为控制芯片的控制系统带有一拍滞后的特点。同时，不同芯片间指令系统存在差异，这使得 DSP 软件移植所需要的工作量增大。加之常用 DSP 型号都处于国外垄断状态，对于安全等级高、自主性要求高的重大装备制造、国防军工、航空航天等领域，可能存在重大安全隐患或间接经济损失。由于氮化镓基变换器在开关响应速度和控制复杂度上有了更高要求，传统的DSP芯片已难以应付，相较而言FPGA芯片具有卓越的硬件并行运算能力。现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA），因为其并行运算自定义引脚的特点，其处理速度更快、接口更灵活。程序层面更简洁，基于 FPGA 的软件设计周期更短，可移植性更强。目前正朝着高密度、高性能、低功耗等方向发展。并且有高吞吐率的数据计算性能和并行特性，且逐渐成为研究热点，因此更适合作为GaN基变换器的控制芯片[6]。
2 逆变器调控方法
2.1 逆变器的控制策略
为保证输出电压保持稳定和简化滤波器设计，一般选用SPWM电流控制，主要分为电容电流、电感电流两种电流反馈方式【7】。
电容电流反馈采样的是滤波电容的电流，由于逆变器在满载以及空载的条件下，滤波电容的电流是几乎不发生变化的，所以，采用这种反馈方式的逆变器拥有良好的外特性。但是，它有一个明显的缺点就是没有自动限流功能，因为短路时，滤波电容电流也为零，内环不再起限流作用。
采用电感电流反馈方式的逆变器，若对其电流环给定电流进行限幅，那么，电感电流的最大值也就限定了，负载电流的最大值也就随之限定了，所以它不用外加过流保护装置，即可实现对逆变器负载的自动限流，使得逆变器的控制电路变得更加简单，可靠。当然，由于电感电流受负载影响比较大，所以，采用电感电流反馈方式的逆变器，它的外特性要比采用电容电流反馈方式的逆变器的外特性要软。
为了使系统获得更好的动态性能和静态性能，会在电压单环的基础上增加电流环，即双环控制。也有越来越多的系统采用三环或多环控制，但是其控制较为复杂。一般情况下，双环控制就已经可以满足系统的动、静性能要求，而且控制简单，因此很多系统普遍采用双环控制【8】。本研究拟选定电压有效值和电感电流瞬时值双环控制。
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