基于DSP的PWM整流技術(shù)研究

　　引 言

　　PWM整流器已對傳統(tǒng)的相控及二極管整流器進行了全面的改進。TMS320LF2407具有快速的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的硬件資源，作為控制芯片可以提高系統(tǒng)的實時響應能力和控制精度，已經(jīng)被廣泛應用于電氣自動化控制的各個領(lǐng)域。

　　1 總體設(shè)計及硬件電路

　　圖1為PWM整流器系統(tǒng)硬件框圖。在這個系統(tǒng)中，TMS320LF2407為數(shù)字控制芯片，整流器采用SVPWM控制策略。系統(tǒng)硬件由主電路、直流電壓檢測電路、交流側(cè)輸入電流檢測電路、過零檢測電路和保護電路等組成。DSP采集直流電壓檢測電路檢測的電壓值和交流電流檢測電路檢測的電流值，通過SVPWM控制算法，產(chǎn)生6路PWM脈沖通過驅(qū)動模塊去控制整流橋功率管的導通和關(guān)斷。當發(fā)生故障時，DSP封鎖PWM輸出。

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　　1.1 主電路

　　圖2為三相PWM整流橋主電路，包括交流側(cè)的電感、電阻、直流輸出電容，以及由全控開關(guān)器件和續(xù)流二極管組成的三相半橋電路。ua、ub、uc為電源電壓，L為交流側(cè)濾波電感，主要作用為隔離電網(wǎng)電動勢與交流側(cè)電壓，濾除交流側(cè)PWM諧波電流，實現(xiàn)PWM整流器交流側(cè)正弦波電流控制。

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　　電阻R為濾波電感L的等效電阻和功率開關(guān)管損耗等效電阻的合并，C為直流側(cè)支撐電容，其主要作用為緩沖三相電壓型PWM整流器交流側(cè)與直流負載間的能量交換，且穩(wěn)定VSR直流側(cè)電壓，抑制直流側(cè)諧波電壓。

　　1.2 過零檢測電路

　　過零檢測電路如圖3所示。過零觸發(fā)電路的作用是根據(jù)相電壓的過零點來鑒別系統(tǒng)所處的區(qū)間，通過過零觸發(fā)脈沖使系統(tǒng)軟件產(chǎn)生中斷來調(diào)用相應的控制脈沖計算程序。電壓經(jīng)過電阻分壓和濾波，通過LM393構(gòu)成的過零比較電路得到與電網(wǎng)輸入相電壓信號同步的方波信號，經(jīng)過SN74121N變成和方波同步的觸發(fā)脈沖，隨后被送到DSP控制芯片的捕獲接口，用來產(chǎn)生邊沿捕獲信號以觸發(fā)相應的中斷，從而調(diào)用相應的中斷服務子程序。

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　　2 軟件設(shè)計

　　空間矢量PWM(SVPWM)控制策略是依據(jù)變流器空間電壓(電流)矢量切換來控制變流器的一種思路新穎的控制策略。SVPWM具有電壓利用率高、動態(tài)響應快等優(yōu)點，另外，簡單的矢量模式切換更易于單片微處理器實現(xiàn)。根據(jù)空間矢量的控制原理，三相對稱的整流器開關(guān)輸入電壓可視作一個空間電壓矢量V來處理，利用整流器8個基本電壓空間矢量V0～V7的不同組合合成幅值相同、相位不同的空間電壓矢量V。區(qū)間劃分與基本電壓空間矢量之間的關(guān)系如圖4所示。

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　　假設(shè)電壓空間矢量V在I區(qū)間，那么需要基本電壓矢量V1、V2、V0/7共同作用來合成。依據(jù)平行四邊形法則，有

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　　T1、T2分別為矢量V1、V2在一個開關(guān)周期中的持續(xù)時間;Ts為PWM開關(guān)周期。令零矢量V0/7的持續(xù)時間為T0/7，則

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　　令V與V1間的夾角為θ，又因|V1|=|V2|=2Udc/3，可得

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　　其中Udc為輸出直流電壓。