基于dsp正弦波调制的三电平变换器

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1、基于DSP正弦波调制的三电平变换器

2、第1摘要：首先介绍了三电平P变换器的特点，比较了空间矢量控制方法、SHEP方法和SP方法的优缺点。详细地介绍了三电平中SP控制的原理，并讨论了用DSPLF2407A来实现SP的方法。最后通过仿真和实验验证了SP控制方法的特点，实验证实了用DSP实现三电平SP的方便性。　　1概述二极管中点钳位型的三电平逆变器的主电路拓扑结构如图1所示。由于二极管的钳位，这种变换器每个功率开关管承受的最大电压为直流侧电压的1/2，从而实现了用中低压器件完成中高容量的变换。另外，由于相电压有三种电平状态，比传统的二电平逆变器多了一个电平，其谐波水平明显低于二电平变换器，输出相

3、同质量电流波形的时候，开关频率可以降低到两电平的1/4。最后，由于采用了不对称的双向开关，能量可以双向流动，可以很好地控制功率因数和实现电机四象限运行。然而，由于这种拓扑结构使用了12个功率管，其控制方法也随之复杂。另外，直流侧中点电位的不平衡也是制约该拓扑的一个重要因素。500)this.style.ouseg(this)">图1三电平变换器主电路结构三电平变换器的控制方法主要有正弦波调制P(SP)，选择性的消谐P(SHEP)，空间矢量P(SVP)。三电平空间矢量控制P方法和两电平空间矢量的控制方法一样，也是一种建立在空间电压矢量合成概念上的P方法。三电平空间矢量方法的优点主要是电压利用

4、率高，对于二极管中点钳位的变换电路可以利用冗余的电压矢量（一般都是小矢量）来实现直流侧电容电压的平衡；其缺点就是数字实现的时候计算量非常大,尤其是当电平数大于3的时候更加复杂。选择性的消谐P方法，通过开关时刻的优化选择，可以在较低的开关频率下，产生最优的输出电压波形，从而减小了电流纹波和电动机的脉动转矩。在输出同样质量波形的时候，它较其它的方法，开关次数最少，效率最高。因此，在高压大功率的设备上多采用SHEP的控制方法。但是，这种方法的一个难点就是在计算开关角的时候，要解超越方程，现在通用的牛顿迭代法中，确定开关角的初值难以选择，计算比较困难。而正弦波调制的方法的优点主要以下几点：1）SP

5、实现起来比较方便，可以模拟实现也可以用数字来实现，而且用数字来实现的时候，计算量小；2）可以大大降低输出谐波含量，尤其是低频纹波，它的谐波主要集中在载波频率的K倍的位置，因此在设计滤波器的时候，比较容易实现，而且成本较低；3）对于任何数电平变换器，调制比可以在所有的工作范围内变化，注入合适的三次谐波，可以实现最大调制比1.15；4）在载波中注入合适零序列，可以较好地平衡中点电位。本文在介绍三电平变换SP控制理论的基础上，讨论了用DSP来实现三电平SP控制的方法，并将仿真结果与实验结果进行了比较。2三电平载波调制理论从图1中可以看到，三电平逆变器的每一个桥臂上有4个开关管，4个反向恢复二极管

6、和2个钳位二极管。以第一桥臂为例，其中开关管Sa1和Sa3的开关控制信号互补，Sa2和Sa4的开关控制信号也是互补的。Sa1和Sa2同时导通的时候，输出相电压为Ed/2；Sa2和Sa3同时导通的时候，输出的相电压为0；Sa3和Sa4同时导通的时候，输出的相电压为－Ed/2。为了确保电路中dv/dt不能太大，必须保证每个桥臂中只能有上面三种情况的两个开关管导通，绝不容许有3个开关管同时导通，但是，由于所采用的开关器件都不是理想的，开关管的开通和关断都需要一定的时间。因此，必须对开关控制信号加入死区时间。从上面分析可知，一个桥臂中，控制信号只有两个独立的控制信号。Sa1和Sa2的驱动控制信号是

7、由2个具有同相位，同频率fc，相同的峰峰值Ac，且对称分布的三角载波和一个峰峰值为Am，频率为fm的正弦参考信号比较得到的。在三角载波和正弦波相交的时刻，如果正弦波的值大于载波的值，则开通相应的开关器件，反之则关断该器件。对于三电平变换器，幅度调制比ma和频率调制比mf定义为ma=Am/2Ac（1）mf=fc/fm（2）图2是调制比为ma=0.9，mf=9的三电平变换器的原理图。500)this.style.ouseg(this)">（a）调制原理500)this.style.ouseg(this)">（b）A相电压波形500)this.style.ouseg(this)">（c）B相电压

8、波形500)this.style.ouseg(this)">（d）AB线电压波形图2SP原理图3基于DSP的三电平SP的实现TI公司的TMS320LF2407ADSP是面向电力电子控制领域的，它具有两个事件管理器模块EVA和EVB，能够实现P对称和非对称波形；外部引脚PDPINTx快速封锁P通道；可编程的死区控制；3个捕获单元；片内光电编码器接口电路；16通道的A/D转换。另外，它还有串行通信接口(SCI)，16位的串行