基于雙口RAM的PWM整流器的研究

摘要：本文運(yùn)用空間矢量PWM(SVPWM)的基本原理,設(shè)計(jì)了運(yùn)用雙口RAM的PWM整流器,進(jìn)一步提高了數(shù)字信號處理器的運(yùn)算速度,降低了THD值。通過軟硬件結(jié)合,在實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行了實(shí)際的調(diào)試和驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)證明,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法簡單,控制精度高,輸入電流諧波失真小,有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。

引 言

隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，供電系統(tǒng)中出現(xiàn)了越來越多的電力電子變流裝置 與非線性負(fù)載，尤其是二極管、晶閘管等不可控整流系統(tǒng)與電網(wǎng)直接連接時(shí)，會引起電網(wǎng)電 壓、電流的畸變，導(dǎo)致電力污染，是最主要的諧波污染源。因此減少直至消除諧波污染是電 力電子技術(shù)研究領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向。

電壓空間矢量脈寬調(diào)制（簡寫為 SVPWM）最突出的優(yōu)勢是直流利用率較之常規(guī)的 SVPWM 控制方法提高了約１５％，而且，不同的調(diào)制方法將使開關(guān)損耗得到不同程度的 減小.該控制方法的問題之一是運(yùn)算較復(fù)雜，需要進(jìn)行abc/αβ轉(zhuǎn)換，三角函數(shù)運(yùn)算，開關(guān) 矢量的合成等。這些設(shè)計(jì)任務(wù)全部由一個(gè)DSP 承擔(dān)，從而限制了運(yùn)算速度，使得到的波形 不夠理想。

本文采用雙口 RAM 設(shè)計(jì)的PWM 整流器，將開關(guān)矢量合成及PWM 脈沖的生成獨(dú)立出 來，由另一個(gè)單片機(jī)完成。并使單片機(jī)與DSP 能并行處理，大大提高了運(yùn)算速度，使整流 器的輸入電流波形諧波大大減少。

1 矢量空間法的基本思想

1.1 空間矢量調(diào)制

1.2 扇區(qū)的判斷

則合成參考電壓矢量的空間矢量在各個(gè)扇區(qū)內(nèi)的作用時(shí)間如表2 所示。1 T 和2 T 在各個(gè)扇區(qū) 的值具有規(guī)律性：第Ⅰ扇區(qū)的矢量作用時(shí)間1 T 、2 T 和第Ⅵ扇區(qū)的1 T 、2 T 相同，第Ⅲ和第Ⅳ 扇區(qū)，第Ⅱ和第Ⅴ扇區(qū)內(nèi)也分別有類似的對應(yīng)關(guān)系。

開關(guān)矢量的確定

根據(jù)一個(gè)開關(guān)周期中插入零矢量方式的不同 ,常用的空間電壓矢量有三段式和七段式 合成方法。為保證系統(tǒng)在各種情況下 ,每次切換都只涉及一個(gè)開關(guān)器件 ,本文采用的七段式 空間矢量合成方式為:每個(gè)零矢量均以(000)開始和結(jié)束 ,中間的零矢量為(111) ,非零矢量的 順序保證每次只有一個(gè)開關(guān)切換 ,如表1 所示。

2 硬件及軟件設(shè)計(jì)

本文運(yùn)用雙口RAM ITD7134，TMSVC33 數(shù)字信號處理器與單片機(jī)PIC1*。其中 TMSVC33 作為數(shù)字信號處理器，主要完成abc/αβ轉(zhuǎn)換，PI 調(diào)節(jié)，計(jì)算出T0，T1，T2。 PIC1* 作為空間矢量發(fā)生器，作用是發(fā)出脈沖，產(chǎn)生SPWM 信號，控制IGBT 的通斷。 這樣做的目的是為了提高DSP 的運(yùn)算速度。另一方面，TMSVC33 進(jìn)行的是浮點(diǎn)運(yùn)算，比以 往的定點(diǎn)運(yùn)算速度要提高很多。本方案采用雙口RAM 使兩者協(xié)調(diào)工作，提高了開關(guān)頻率， 降低了THD 值，使所得到的波形更加理想。

圖2 為本方案的控制電路原理圖：主電路通過電壓電流傳感器和控制電路的A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連。模擬信號變成數(shù)字信號后，經(jīng)過DSP 數(shù)字信號處理器處理。處理后的數(shù)據(jù)存入雙 口RAM，空間矢量發(fā)生器讀出數(shù)據(jù)，通過程序控制，發(fā)出脈沖，控制主電路六個(gè)IGBT 的導(dǎo) 通和關(guān)斷。由TMS320VC33 執(zhí)行如下任務(wù)：

1．把三相相電壓采樣轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，并進(jìn)行abc/αβ轉(zhuǎn)換。

2．把三相電流采樣轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進(jìn)行abc/αβ轉(zhuǎn)換。

3．按給定的Uout 判斷扇區(qū)，在開關(guān)頻率15K 的條件下，計(jì)算出T0，T1，T2，，并存入雙 口RAM，然后返回步驟1，重新開始。

由單片機(jī)并行完成如下任務(wù)：

4．采用空間矢量發(fā)生器，讀出雙口RAM 在開關(guān)頻率15K 下的T0，T1，T2，根據(jù)空間矢 量開關(guān)規(guī)律，發(fā)出脈沖，產(chǎn)生SPWM 信號，控制IGBT 的通斷。

下圖 3 示出SVPWM 中斷子程序流程圖。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4 示出輸入輸出的實(shí)測波形。其中三相輸入線電壓有效值為220V，輸出直流電壓為 450V，系統(tǒng)負(fù)載為70Ω，左側(cè)圖形為輸入的交流電壓、電流波形，功率因數(shù)非常接近1。 右側(cè)圖形為輸出直流電壓、輸入電流波形，實(shí)測結(jié)果為直流電壓穩(wěn)定在450V，電流波形實(shí) 測THD 值約為5.1%，電流幅值約為4A。

4 結(jié) 論

本方案采用雙口RAM，把TMSVC33 數(shù)字信號處理器與單片機(jī)PIC1* 相連，使兩者 并行協(xié)調(diào)工作，其控制算法簡單，軟件編程方便，實(shí)現(xiàn)起來比較容易。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，輸入的 電流諧波失真度小，功率因素接近1，直流電壓的利用率高，可以代替小功率的二極管整流 和可控硅整流。

本文創(chuàng)新點(diǎn)：采用雙口RAM 設(shè)計(jì)的PWM 整流器，將開關(guān)矢量合成及PWM 脈沖的生 成獨(dú)立出來，使單片機(jī)與DSP 能并行處理，提高了運(yùn)算速度，減少了諧波。

[1].TMS320VC33 datasheethttp:///datasheet/TMS320VC33+_688528.html.