- 相關(guān)推薦
基于DSP正弦波調制的三電平變換器
摘要：首先介紹了三電平PWM變換器的特點(diǎn)，比較了空間矢量控制方法、SHEPWM方法和SPWM方法的優(yōu)缺點(diǎn)。詳細地介紹了三電平中SPWM控制的原理，并討論了用DSPLF2407A來(lái)實(shí)現SPWM的方法。最后通過(guò)仿真和實(shí)驗驗證了SPWM控制方法的特點(diǎn)，實(shí)驗證實(shí)了用DSP實(shí)現三電平SPWM的方便性。1 概述
二極管中點(diǎn)鉗位型的三電平逆變器[1]的主電路拓撲結構如圖1所示。由于二極管的鉗位，這種變換器每個(gè)功率開(kāi)關(guān)管承受的最大電壓為直流側電壓的1/2，從而實(shí)現了用中低壓器件完成中高容量的變換。另外，由于相電壓有三種電平狀態(tài)，比傳統的二電平逆變器多了一個(gè)電平，其諧波水平明顯低于二電平變換器，輸出相同質(zhì)量電流波形的時(shí)候，開(kāi)關(guān)頻率可以降低到兩電平的1/4。最后，由于采用了不對稱(chēng)的雙向開(kāi)關(guān)，能量可以雙向流動(dòng)，可以很好地控制功率因數和實(shí)現電機四象限運行。然而，由于這種拓撲結構使用了12個(gè)功率管，其控制方法也隨之復雜。另外，直流側中點(diǎn)電位的不平衡也是制約該拓撲的一個(gè)重要因素。
圖1
三電平變換器的控制方法主要有正弦波調制PWM(SPWM)，選擇性的消諧PWM(SHEPWM)，空間矢量PWM(SVPWM)。
三電平空間矢量控制PWM方法和兩電平空間矢量的控制方法一樣，也是一種建立在空間電壓矢量合成概念上的PWM方法。三電平空間矢量方法的優(yōu)點(diǎn)主要是電壓利用率高，對于二極管中點(diǎn)鉗位的變換電路可以利用冗余的電壓矢量（一般都是小矢量）來(lái)實(shí)現直流側電容電壓的平衡；其缺點(diǎn)就是數字實(shí)現的時(shí)候計算量非常大,尤其是當電平數大于3的時(shí)候更加復雜。
選擇性的消諧PWM方法，通過(guò)開(kāi)關(guān)時(shí)刻的優(yōu)化選擇，可以在較低的開(kāi)關(guān)頻率下，產(chǎn)生最優(yōu)的輸出電壓波形，從而減小了電流紋波和電動(dòng)機的脈動(dòng)轉矩。在輸出同樣質(zhì)量波形的時(shí)候，它較其它的方法，開(kāi)關(guān)次數最少，效率最高。因此，在高壓大功率的設備上多采用SHEPWM的控制方法。但是，這種方法的一個(gè)難點(diǎn)就是在計算開(kāi)關(guān)角的時(shí)候，要解超越方程，現在通用的牛頓迭代法中，確定開(kāi)關(guān)角的初值難以選擇，計算比較困難。
而正弦波調制的方法的優(yōu)點(diǎn)主要以下幾點(diǎn)：
1）SPWM實(shí)現起來(lái)比較方便，可以模擬實(shí)現也可以用數字來(lái)實(shí)現，而且用數字來(lái)實(shí)現的時(shí)候，計算量��；
2）可以大大降低輸出諧波含量，尤其是低頻紋波，它的諧波主要集中在載波頻率的K倍的位置，因此在設計濾波器的時(shí)候，比較容易實(shí)現，而且成本較低；
3）對于任何數電平變換器，調制比可以在所有的工作范圍內變化，注入合適的三次諧波，可以實(shí)現最大調制比1.15；
4）在載波中注入合適零序列，可以較好地平衡中點(diǎn)電位[2]。
本文在介紹三電平變換SPWM控制理論的基礎上，討論了用DSP來(lái)實(shí)現三電平SPWM控制的方法，并將仿真結果與實(shí)驗結果進(jìn)行了比較。
2 三電平載波調制理論
從圖1中可以看到，三電平逆變器的每一個(gè)橋臂上有4個(gè)開(kāi)關(guān)管，4個(gè)反向恢復二極管和2個(gè)鉗位二極管。以第一橋臂為例，其中開(kāi)關(guān)管Sa1和Sa3的開(kāi)關(guān)控制信號互補，Sa2和Sa4的開(kāi)關(guān)控?信號也是互補的。Sa1和Sa2同時(shí)導通的時(shí)候，輸出相電壓為Ed/2；Sa2和Sa3同時(shí)導通的時(shí)候，輸出的相電壓為0；Sa3和Sa4同時(shí)導通的時(shí)候，輸出的相電壓為－Ed/2。為了確保電路中dv/dt不能太大，必須保證每個(gè)橋臂中只能有上面三種情況的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管導通，絕不容許有3個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導通，但是，由于所采用的開(kāi)關(guān)器件都不是理想的，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷都需要一定的時(shí)間。因此，必須對開(kāi)關(guān)控制信號加入死區時(shí)間。從上面分析可知，一個(gè)橋臂中，控制信號只有兩個(gè)獨立的控制信號。Sa1和Sa2的驅動(dòng)控制信號是由2個(gè)具有同相位，同頻率fc，相同的峰峰值Ac，且對稱(chēng)分布的三角載波和一個(gè)峰峰值為Am，頻率為fm的正弦參考信號比較得到的。在三角載波和正弦波相交的時(shí)刻，如果正弦波的值大于載波的值，則開(kāi)通相應的開(kāi)關(guān)器件，反之則關(guān)斷該器件。對于三電平變換器，幅度調制比ma和頻率調制比mf定義[3]為
ma=Am/2Ac （1）
mf=fc/fm （2）
圖2是調制比為ma=0.9，mf=9的三電平變換器的原理圖。
3 基于DSP的三電平SPWM的實(shí)現
TI公司的TMS320LF2407ADSP是面向電力電子控制領(lǐng)域的，它具有兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB，能夠實(shí)現PWM對稱(chēng)和非對稱(chēng)波形；外部引腳PDPINTx快速封鎖PWM通道；可編程的死區控制；3個(gè)捕獲單元；片內光電編碼器接口電路；16通道的A/D轉換。另外，它還有串行通信接口(SCI)，16位的串行外設接口模塊(SPI)和控制器局域網(wǎng)絡(luò )(CAN)2.0B模塊[4]。LF2407A可以很好地實(shí)現電力電子領(lǐng)域的控制。DSP實(shí)現SPWM控制三電平變換器的控制框圖見(jiàn)圖3。對稱(chēng)的規則采樣PWM法比較簡(jiǎn)單，適合于數字控制的實(shí)現，它的原理是在三角載波的峰點(diǎn)（谷點(diǎn)）的時(shí)刻采樣正弦波調制信號而形成的波形，采樣周期Ts為三角載波的周期。用DSP實(shí)現SPWM控制的過(guò)程中，主要是計算各個(gè)載波周期內的開(kāi)關(guān)時(shí)間。圖4是計算載波周期內開(kāi)關(guān)時(shí)間的中斷程序流程圖。中斷程序主要就是計算第N個(gè)載波周期內
【基于DSP正弦波調制的三電平變換器】相關(guān)文章：
基于SG3525電壓調節芯片的PWMBuck三電平變換器03-18
基于空間矢量調制的三相矩陣式變換器03-19
中點(diǎn)箝位型三電平變換器SFOPWM方法的研究03-25
基于DSP的電力線(xiàn)載波OFDM調制解調器03-19
基于DSP的智能座椅系統的設計03-07
基于DSP的信道譯碼算法優(yōu)化03-19
基于LabVIEW的GMSK調制與解調實(shí)現03-07
基于DSP的語(yǔ)音處理系統的設計11-22