一种新型数字SPWPM逆变器

［４］ ＴＩ 公司．ＴＭＳ３２０Ｆ／Ｃ２４Ｘ ＤＳＰ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｇｕｉｄｅ：
ＣＰＵ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ［Ｍ］．ＳＰＲＵ１６０Ｃ， １９９９．
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（ 上接第 ８９ 页） 气隔离、电路拓扑简洁等优点。利用 Ｃ８ ［２］ Ｌａｉ Ｘｉａｎｇｄｏｎｇ， ＷｕＢａｏｆａｎｇ， Ｄａｉ Ｚｈｉｐｉｎｇ， ｅｔ ａｌ．ＳＰＷＰＭ
图 １ 全桥－全波型逆变器主电路拓扑
３ ＳＰＷＰＭ 数字控制策略
ＳＰＷＰＭ调制的基本思路是： 把单极性 ＳＰＷＭ 波 改变成双极性 ＳＰＷＰＭ 波， 用以消除调制波成分。由 单极性 ＳＰＷＭ 电压 ｕＡＢ 可知， ＳＰＷＭ 波的开关转换 点对应于正弦波与锯齿波的交点， ｕＡＢ 中的第一个脉 冲前后沿对应于 ｂ１， ａ１ 点； 第二个脉冲的前后沿对应
一种新型数字 ＳＰＷＰＭ 逆变器
于 ｂ２， ａ２ 点； …。这样， 把 ａ１ 到 ａ２， ａ３ 到 ａ４， …， ａｎ－１ 到 ａｎ 产生的方波脉冲 ｕＶＴ１′作为开关 ＶＴ１ 的触发脉冲； 把 ｂ１ 到 ｂ２， ｂ３ 到 ｂ４， …， ｂｎ－１ 到 ｂｎ 产生的方波脉冲 ｕＶＴ３′ 作为开关 ＶＴ３ 的触发脉冲。ＶＴ２， ＶＴ４ 的触发脉冲分 别与 ＶＴ１， ＶＴ３ 的触发脉冲互补， 用这样的触发脉冲 对 ＶＴ１￣ＶＴ４ 进行触发时， 就可得到图 ２ 所示的双极 性 ＳＰＷＰＭ 电压 ｕＡＢ′波形。
４ 隔离驱动电路
图 ４ 示出设计的隔离驱动电路。该电路由延时电 路（ 死区电路） 、驱动脉冲放大和 ５Ｖ 基准 ３ 部分组成。 延时电路由 ＶＤ１， Ｒ２， Ｃ１ 组成， 之后经与门整形送入光 耦。脉冲放大包括负责隔离的光耦、Ｒ４ 和 Ｒ５、作为中 间级的 ＶＱ１、组成推挽输出电路的 ＶＱ２ 和 ＶＱ３。５Ｖ 基 准部分包括 Ｒ６， ＶＤ２ 和 Ｃ３， 它既为功率 ＭＯＳ 管提 供－ ５Ｖ 的反向电压， 又为输入光耦提供次级电源。
６结论
图 ５ ＰＷＭ 电路结构框图
５ 软件设计及实验结果
图 ６ 示出产生 ＳＶＰＷＭ 波的中断子程序流程 图。图 ７ 示出利用 ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ 的硬件 ＰＷＭ 状 态机， 通过采用定点数法和浮点数法在 ＰＷＭ 端口 经滤波后得到的相电压 ｕａ 和线电压 ｕａｂ 实验波形。 ＰＷＭ 波参数： ＴＰＷＭ＝１００μｓ， 死区时间 ＴＤ＝２μｓ， 给定频 率 ｆ＝２７．７Ｈｚ， 输 出 线 电 压 有 效 值 Ｕ＝１０６Ｖ。 采 用 ＲＶＯ－ ２１００Ｌ 示波器进行测试。
控制策略的工作原理， 并利用 Ｃ８０５１ 单片机实现了该控制系统的算法。样机实验结果表明， 采用该控制策略的逆变
器克服了传统 ＳＰＷＭ 模式逆变器的缺点， 既具有高频电气隔离功能， 又有电路拓扑简洁等优点。实验结果也证实了
该逆变器及其控制系统的可行性和有效性。
关键词： 逆变器； 脉宽调制； 数字控制／脉宽脉位调制
为此， 在分析研究电压源高频环节逆变器电路 结构和 ＳＰＷＰＭ 控制策略的基础上， 介绍了一种利 用 Ｃ８０５１ 单片机实现 ＳＰＷＰＭ 控制的方法， 并将 ＳＰＷＰＭ 波用于双向电压源高频环节逆变器。实验 结果证实了利用 Ｃ８０５１ 实现 ＳＰＷＰＭ 控制的可行 性和有效性。
２ 电路拓扑与基本工作原理
Hale Waihona Puke 图 ４ 隔离驱动电路５ 实验结果
采用 Ｃ８０５１Ｆ０４０ 的可编程计数器阵列 ＰＣＡ［５］， 在捕捉／比较模块寄存器和计数器／定时器相匹配时 就可得到相应的 ＳＰＷＰＭ 驱动脉冲， 经隔离驱动电 路对图 １ 主电路进行控制。原理样机的主要参数： 输 入电压 Ｕｄ＝３１０（ １±５％） Ｖ； 输出电压 ｕｏ＝２２０Ｖ／５０Ｈｚ， Ｐｏ＝３００Ｗ， 载波比 Ｎ＝１６０， 主开关管采用 ＦＱＰＦ７Ｎ８０， 滤波电感 Ｌｆ＝２ｍＨ， 滤波电容 Ｃｆ＝８μＦ。图 ５ａ 示出高 频变压器的初级电压 ｕＡＢ′的局部波形。它为双极性 ＳＰＷＰＭ 波形。图 ５ｂ 示出周波变换器 ＶＴ５ 的驱动电 压 ｕｇｓＶＴ５ 和漏源电压 ｕｄｓＶＴ５ 局部波形。ｕｄｓＶＴ５ 为初级侧 电压的两倍， 基本实现了 ＺＶＳ。图 ５ｃ， ｄ 示出滤波器 前、后的端电压 ｕＣＤ 和输出电压 ｕｏ 实验波形。ｕＣＤ 为 单极性 ＳＰＷＭ 波， ｕｏ 是经滤波后得到的实验波形。 可见， ｕｏ 的波形比较理想。
２００３．
［２］ 程善美， 付中奇．基于 ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０ 空间矢量 ＰＷＭ 的实
现［Ｊ］．电力电子技术， ２００６， ４０（ ６） ： １１３￣１１４．
［３］ 刘和平， 王维俊， 江 渝， 等．ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０ｘ ＤＳＰ Ｃ 语言开
发应用［Ｍ］．北京： 北京航空航天大学出版社， ２００３．
图 ３ 载波比较示意图
设锯齿波斜率为 ｍ１， 则 ｙ１＝ｍ１ ｔ－ Ｂ＝２Ｂｔ／Ｔｃ－ Ｂ， 即：
!－ Ａｓｉｎｔ１＝ｍ１ｔ１－ Ｂ＝（ ２Ｂｔ１ ／Ｔｃ） － Ｂ
（ １）
Ａｓｉｎｔ２＝ｍ１ｔ２－ Ｂ＝（ ２Ｂｔ２ ／Ｔｃ） － Ｂ
认为： ｓｉｎｔ１≈ｓｉｎｔ２≈ｓｉｎ（ Ｔｃ ／２） ， 所以第一个高频
脉冲宽度为：
Δｔ１＝ｔ２－ ｔ１＝ＭＴｃ ｓｉｎ（ Ｔｃ ／２）
（ ２）
式中 Ｍ—— —调制比， Ｍ＝Ａ／Ｂ
假设在一个正弦波内有 ｋ 个载波， 其载波比为
Ｋ。则第 ｉ 个高频脉冲波的宽度为：
Δｔｉ＝ＭＴｃ ｓｉｎ［（ ２ｉ－ １） Ｔｃ ／２］
（ ３）
式中 ｉ—— —自然数， 且 １≤ｉ≤ｋ
图 ５ 实验结果
图 ２ ＳＰＷＰＭ 的数字控制策略
通 过 分 析 双 极 性 ＳＰＷＰＭ 电 压 ｕＡＢ′和 单 极 性 ＳＰＷＭ 电压 ｕＡＢ 的频谱［４］可得， ｕＡＢ′频谱中不含调制波 频率成分， 只含载波频率及 ５０％载波频率的谐波， 因 而非常适合于高频变压器的工作。而在 ｕＡＢ 频谱中， 除 主要含有调制波频率的成分外， 还含有载波频率及其 上下边频的谐波， 当载波比 Ｎ 选得较大时， 这些谐波 是很容易被滤掉的。图 ３ 示出载波比较示意图。
第 ４１ 卷第 １２ 期 ２００７ 年 １２ 月
电力电子技术 Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
一种新型数字 ＳＰＷＰＭ 逆变器
黄付刚， 郑 越， 张代润
（ 四川大学， 四川 成都 ６１００６５）
Ｖｏｌ．４１， Ｎｏ．１２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ， ２００７
摘要： 针对电压型高频链逆变器的控制， 论述了一种新型数字正弦脉宽脉位调制（ ＳＰＷＰＭ） 控制策略， 分析了该
（ ６） 将 Ｔ１／２ 的值写入到 ＣＭＰＲ１ 或 ＣＭＰＲ４ 寄存 器中， 将（ Ｔ１＋Ｔ２） ／２ 的值写入到 ＣＭＰＲ２ 或 ＣＭＰＲ５ 中。
图 ５ 示出利用 ＥＶＡ 模块产生 ＳＶＰＷＭ 波的电 路结构示意图。
Ｖｏｌ．４１， Ｎｏ．１２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ， ２００７
图 ７ 实测滤波后的 ＰＷＭ 端口波形
６结论
采用数字 ＳＰＷＰＭ 控制的逆变器， 克服了传统 ＳＰＷＭ 模式逆变器的缺点， 具有高频电（ 下转第 ９２ 页）
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第 ４１ 卷第 １２ 期 ２００７ 年 １２ 月
电力电子技术 Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
１４￣１２ 位中， 并将 １ 写入 ＡＣＴＲｘ 的 １５ 中， 或将 Ｕｘ°＋６０° 相应扇区的开启方式写入到 ＡＣＴＲｘ 的 １４￣１２ 位中， 并将零写入 ＡＣＴＲｘ 的 １５ 中；
中图分类号： ＴＭ４６４
文献标识码： Ａ
文章编号： １０００－ １００Ｘ（ ２００７） １２－ ００８８－ ０２
Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｄｉｇｉｔａｌ ＳＰＷＰＭ Ｉｎｖｅｒ ｔｅｒ
ＨＵＡＮＧ Ｆｕ－ｇａｎｇ， ＺＨＥＮＧ Ｙｕｅ， ＺＨＡＮＧ Ｄａｉ－ｒｕｎ
（ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６５， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ａ ｎｏｖｅｌ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｎｅ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ （ ＳＰＷＰＭ） ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｍｏｄｅ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｌｉｎｋ ｉｎｖｅｒｔｅｒ．Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＣＵ Ｃ８０５１．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ａ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｈｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｖｅｒｃｏｍｅｓ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＳＰＷＭ ｍｏｄｅｌ ｉｎｖｅｒｔｅｒ， ｐｒｏｖｅｓ ｍａｎｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ， ｃｏｎｃｉｓｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏｐｏｌｏｇｙ， ａｎｄ ｈａｓ ａｌｓｏ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒ； ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ； ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ／ｓｉｎｅ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
图 １ 示出全桥－全波型高频环节逆变器的主电 路拓扑。工作于载波频率的高频输出脉冲变压器 Ｔｒ
定稿日期： ２００７－ ０８－ ０６ 作者简介： 黄付刚（ １９８２－ ） ， 男， 四川人， 硕士研究生。研