基于双口RAM的PWM整流器的研究

出处：3极管发布于：2009-12-02 11:57:59

　　摘要：本文运用空间矢量PWM(SVPWM)的基本原理,设计了运用双口RAM的PWM整流器,进一步提高了数字信号处理器的运算速度,降低了THD值。通过软硬件结合,在实验平台上进行了实际的调试和验证。实验证明,该系统实现算法简单,控制高,输入电流谐波失真小,有较强的实时性。

　　引言

　　随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中出现了越来越多的电力电子变流装置与非线性负载，尤其是二极管、晶闸管等不可控整流系统与电网直接连接时，会引起电网电压、电流的畸变，导致电力污染，是主要的谐波污染源。因此减少直至消除谐波污染是电力电子技术研究领域一个重要的研究方向。

　　电压空间矢量脉宽调制（简写为 SVPWM）突出的优势是直流利用率较之常规的 SVPWM 控制方法提高了约１５％，而且，不同的调制方法将使开关损耗得到不同程度的减小.该控制方法的问题之一是运算较复杂，需要进行abc/αβ转换，三角函数运算，开关矢量的合成等。这些设计任务全部由一个DSP 承担，从而限制了运算速度，使得到的波形不够理想。

　　本文采用双口 RAM 设计的PWM 整流器，将开关矢量合成及PWM 脉冲的生成独立出来，由另一个单片机完成。并使单片机与DSP 能并行处理，大大提高了运算速度，使整流器的输入电流波形谐波大大减少。

　　1 矢量空间法的基本思想

　　1.1 空间矢量调制

　　1.2 扇区的判断

　　则合成参考电压矢量的空间矢量在各个扇区内的作用时间如表2 所示。1 T 和2 T 在各个扇区的值具有规律性：第Ⅰ扇区的矢量作用时间1 T 、2 T 和第Ⅵ扇区的1 T 、2 T 相同，第Ⅲ和第Ⅳ 扇区，第Ⅱ和第Ⅴ扇区内也分别有类似的对应关系。
　　开关矢量的确定

　　根据一个开关周期中插入零矢量方式的不同 ,常用的空间电压矢量有三段式和七段式合成方法。为保证系统在各种情况下 ,每次切换都只涉及一个开关器件 ,本文采用的七段式空间矢量合成方式为:每个零矢量均以(000)开始和结束 ,中间的零矢量为(111) ,非零矢量的顺序保证每次只有一个开关切换 ,如表1 所示。

　　2 硬件及软件设计

　　本文运用双口RAM ITD7134，TMSVC33 数字信号处理器与单片机PIC1*。其中 TMSVC33 作为数字信号处理器，主要完成abc/αβ转换，PI 调节，计算出T0，T1，T2。 PIC1* 作为空间矢量发生器，作用是发出脉冲，产生SPWM 信号，控制IGBT 的通断。这样做的目的是为了提高DSP 的运算速度。另一方面，TMSVC33 进行的是浮点运算，比以往的定点运算速度要提高很多。本方案采用双口RAM 使两者协调工作，提高了开关频率，降低了THD 值，使所得到的波形更加理想。

　　图2 为本方案的控制电路原理图：主电路通过电压电流传感器和控制电路的A/D 模数转换器相连。模拟信号变成数字信号后，经过DSP 数字信号处理器处理。处理后的数据存入双口RAM，空间矢量发生器读出数据，通过程序控制，发出脉冲，控制主电路六个IGBT 的导通和关断。由TMS320VC33 执行如下任务：

　　1．把三相相电压采样转变成数字信号，并进行abc/αβ转换。

　　2．把三相电流采样转变成数字信号，进行abc/αβ转换。

　　3．按给定的Uout 判断扇区，在开关频率15K 的条件下，计算出T0，T1，T2，，并存入双口RAM，然后返回步骤1，重新开始。

　　由单片机并行完成如下任务：

　　4．采用空间矢量发生器，读出双口RAM 在开关频率15K 下的T0，T1，T2，根据空间矢量开关规律，发出脉冲，产生SPWM 信号，控制IGBT 的通断。

　　下图 3 示出SVPWM 中断子程序流程图。