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基于DSP和CPLD的载波移相多电平PW

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来源: 作者: 2018-10-26 13:16:38

基于DSP和CPLD的载波移相多电平PWM实现的研究

导读:

用载波移相PWM和功率单元级联来实现多电平逆变器,其技术难点在于如何实现大量的PWM控制信号。在分析多电平逆变器拓扑结构和控制策略的基础上,针对载波移相PWM的控制方法,本文提出基于DSP&CPLD的载波移相多电平PWM的实现方案,最终完成一套七电平逆变器的设计。

1 引言  随着电力电子技术和电力半导体技术的迅速发展,中压大功率传动设备在石油化工、矿山开采、轧钢和冶金、运输等领域得到了广泛的应用,不仅提高了资源的利用率,同时还降低了生产的成本,其中变频器扮演着重要的角色。虽然其电路的拓扑结构和控制技术已经比较成熟,但多电平技术的研究仍备受大家的关注。多电平技术避免了器件的直接串联,具有输出电压高,谐波含量低,电压变化率小,开关频率低等优点。多电平技术实现的关键在于如何实现大量的SPWM控制信号。本文针对这个问题进行研究和探讨,利用DSP和CPLD两大控制器来实现多电平SPWM,并最终给出实测波形图。  2 总体设计方案  2.1单元串联多电平变频器拓扑结构介绍  单元串联多电平变频器的拓扑结构简单,易于模块化,可以根据系统对输出电压、电平数的要求确定功率单元的级数。如图1所示,七电平H桥串联逆变器拓扑结构图,其单相电压是由三个功率单元组成,每个功率单元均为H桥逆变电路结构,输出端依次串联在一起,并利用SPWM信号控制功率单元中开关器件的通与断(即控制功率单元的输出),最终实现多电平电压的叠加输出。    2.2载波移相控制理论  一般来说,N电平的逆变器调制,需要N-1个三角载波。移相载波调制法中,所有三角波均具有相同的频率和幅值,但是任意两个相邻载波的相位要有一定的相移,其值为  (1)   调制信号通常为幅值和频率都可调节的三相正弦信号。通过调制波和载波的比较,可以产生所需要的开关器件的驱动信号[1]。  但在数字化实现中,载波移相法一般不是由一个调制波和一组经过相移的载波比较生成,而是由调制波和一个载波进行比较之后,再进行一定的延时得到各个功率单元的SPWM控制信号。在本系统中采用此种方法来实现多路SPWM的控制信号。  根据对以上概念的理解和分析,在本系统中,采用DSP+CPLD来完成多路SPWM控制信号的实现。其中由DSP控制器实现单相电压中的第一级功率单元两桥臂控制信号,并由CPLD来实现对这两路控制信号的移相延时,进而实现单相电压中各个功率单元的SPWM控制信号(即移相后信号)。系统原理框图如下图2所示:

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