图1 系统结构图 1.2 DC/DC升压环节 根据系统的设计思想，反激式变换器、推挽式变换器及全桥变换器等DC/DC拓扑各有些不足。如反激式变换器输出电压纹波较大且变压器利用率较低，一般运用在小功率场合；推挽式变换适合低压输入、较大功率变换场合但变压器绕制得不好容易出现偏磁现象；全桥变换器功率元件多、成本高，不适合于本系统。综合各方面考虑?系统采用一种新型正激式变换器，即采取在Boost电路上叠加一个正激变换器的方法得到一种新的拓扑结构（拓扑结构如图1所示）。该正激拓扑不需去磁绕组，开关器件少，故效率比其它拓扑要高。 该正激变换器未采用加去磁绕组的方案，去磁由接到变压器T原副边的二极管D1、电容C2来完成。当开关管关断时D1管导通，变压器原边的激磁能量经D1给C2充电，从而实现了去磁功能，并且在开关管导通时C2电压叠加变压器副边电压作为输出电压，给负载提供能量，实现将去磁能量转移到副边给负载提供能量，提高了变压器的利用率。设计时电容C2应确保磁复位。根据电路原理，对拓扑进行了仿真，图2是MATLAB仿真得到的结果。升压环节用UC3842作电压调节芯片并作了斜率补偿，运行稳定，效率可达90％以上。 
图2 电容C2与C3端电压动态响应曲线 1.3 DC/AC变频环节 变频环节是本系统的核心。SVPWM脉宽计算和最大功率跟踪要求控制器要有较强的计算能力，Microchip的dsPIC数字信号控制器（DSC）既拥有16位闪存单片机的高性能又兼具数字信号处理器（DSP）的计算能力，是本系统的极佳选择。变频主电路选用IPM模块PS21564，它采用第五代IGBT工艺，内置优化后的栅极驱动和保护电路，当有故障发生时模块会及时向控制芯片发出故障信号，确保系统安全。控制芯片计算出三相SVPWM结果直接输送给IPM智能模块，不需再考虑驱动问题，可以减小开发周期，此外，采用该模块还大大减小了系统的体积。2 控制策略 2.1 控制策略分析 交流变频调速的方法很多，其中以正弦波脉宽调制(SPWM)最为经典，但针对水泵电机而言SPWM存在有些不足。如低次电流谐波含量相对较大，以及电压利用率较低（SPWM的最大输出电压调制比仅为78.5％）。潮湿、生锈及闲置等恶劣环境要求机泵在低频时应具有较大的启动转矩，系统采用空间电压矢量控制技术（SVPWM）可很好地解决水泵低频起动和运行问题，并且提高了电压利用率（是SPWM的1.15倍）。系统利用数字信号控制器dsPIC30F2010的强大计算能力、空间电压矢量控制技术及控制调节原理可以实现电机的平稳运行和真正的最大功率调节（TMPPT）。同时针对光伏水泵的各种运行情况实施了水位打干、堵转、过欠压及过流等多种保护功能，确保水泵安全可靠运行。 2.2 电压矢量控制分析 空间电压矢量技术是一种磁链轨迹法，目的在于使交流电机产生圆形磁场。它是以三相对称正弦波电源供电时交流电机产生的理想磁链圆为基准，通过选择功率器件的不同开关模式，使电机的实际磁链尽可能逼近理想磁链圆，从而生成SVPWM波。 根据空间电压矢量控制原理三相空间电压矢量共有8个，除两个零矢量外，还有6个非零矢量对称均匀分布在复平面上，对于任一扇形区域中的电压矢量V＊，均可由该扇形区域两边的空间电压矢量来合成。如图3所示。有文献给出过各个扇区中矢量合成时的开关顺序及时间信号推算过程，但多比较复杂，下面给出一种比较容易理解的算法。 
图3 空间矢量及其合成示意图 例V＊在Ⅰ扇区时，则V＊可由V1、V2和V0或者V7合成，依据平行四边形法则有： 
=V＊（1） 式中：T1，T2分别为V1，V2开关周期中持续时间； Ts为PWM开关周期。 令零矢量V0或者V7的持续时间共为T0，则有 T1＋T2＋T0=Ts（2） 令V＊与V1之间的夹角为θ，由正弦定律得： 
（3） 又有|V1|=|V2|=2vdc/3，则可得 
（4） 式中：m= 
，m为SVPWM的调制系数。 在实际应用中，为了减少功率器件的开关次数，一般使V0和V7各占一半的零矢量时间，并且在每次切换开关状态时只切换一个功率开关器件，以满足最小开关损耗。根据数字信号控制器dsPIC30F2010中的电机控制PWM模块功能和上面分析的空间电压矢量控制的原理，计算出Ⅰ扇区时两边矢量和零矢量的作用顺序及时间如图4所示。用同样的方法可以算出其它5个扇区的双边矢量和零矢量的开关顺序及时间，如表1所列。 
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