采用DSP與CPLD的三相五電平變頻器PWM脈沖發(fā)生器

1 引言

　　近年來,多電平變換器成為電力電子研究的熱點(diǎn)之一,它主要面向中壓大功率的應(yīng)用場合。目前,有三種基本的多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[1]：①二極管箝位型;②飛跨電容型;③級聯(lián)型。

　　幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有其優(yōu)缺點(diǎn),但相對而言,級聯(lián)型多電平變頻器具有更獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),它的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它無需箝位二極管和電容,易于封裝,不存在電容電壓平衡問題,可采用砜關(guān)技術(shù)，以避免笨重耗能的阻容吸收電路1疚鬧饕介紹基于載波移相調(diào)制方法的級聯(lián)型三相五電平變頻器的PWM脈沖發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法。

　　圖1 三相五電平變頻器結(jié)構(gòu)圖

　　2 載波移相SPWM技術(shù)

　　所謂移相式PWM技術(shù)就是將調(diào)制波和載波的頻率固定不變,調(diào)制波的相位也保持恒定,而只調(diào)整載波的相位,從而產(chǎn)生SPWM信號。將不同載波相位下的SPWM信號進(jìn)行線性組合,達(dá)到消除諧波、提高輸出功率的目的。可以證明,當(dāng)相移 時(shí)(α為同相的各單元的載波的移相角度,N 為級聯(lián)單元個(gè)數(shù))[2],輸出諧波頻率增大到 2N 倍,更易于濾除。對于三相五電平變頻器,N=2,所以同相級聯(lián)兩單元的載波相差90度。如圖2所示,其中A11與

　　圖2三相五電平變頻器的A相

　　A14載波互差180度,A11與A21的載波互差90度,而A21與A24的載波互差180度。A1與A2串聯(lián)后的輸出電壓：

　　由(1)式可知UA不再包含2F±1次以下的諧波,僅包含2F±1以上的諧波。而當(dāng)級聯(lián)數(shù)為N時(shí),則NF±1以下的諧波均被濾去。

　　3 基于CPLD的三相五電平變頻器PWM脈沖發(fā)生器的原理

　　一個(gè)DSP只能產(chǎn)生12路PWM脈沖,而三相五電平變頻器需24路PWM脈沖,而用雙DSP輸出24路時(shí)存在同時(shí)性的問題,因而用復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前,復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD在現(xiàn)代數(shù)字電路設(shè)計(jì)中已成為不可或缺的器件,CPLD內(nèi)部包含的邏輯門數(shù)從幾百至幾萬,具有可任意配置的幾百個(gè)寄存器和I/O口,并且開發(fā)周期短可靈活配置實(shí)現(xiàn)多種功能而無需改動硬件電路。

　　如圖3為DSP與CPLD構(gòu)成的PWM脈沖發(fā)生器的控制框圖。