CN100367647C - 用于电力电子变流器的通用脉冲宽度调制集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电力电子变流器的通用脉冲宽度调制集成电路，属于电力电子变流器的脉冲控制技术领域和专用集成电路技术领域。本发明集成电路包括：一组参数设置寄存器，一个数据接口电路，一个三相同步相位角度数字跟踪电路，一个采样时钟分频电路，一个采样触发信号发生电路，一个参考电压计算电路，一个参考电压数据格式转换电路，一个脉冲宽度调制计算电路，K个相同的开关状态输出时序控制电路，K个相同的开关状态转换电路。本发明集成电路能够实现各种多电平变流器PWM信号发生，同时能够实现基于载波移相的多电平PWM控制策略，具有高集成度、高计算速度、高可靠性等特点。

Description

用于电力电子变流器的通用脉冲宽度调制集成电路

技术领域

本发明涉及一种用于电力电子变流器的通用脉冲宽度调制集成电路，以实现对各种电平数目的多电平变流器的通用脉冲宽度调制(以下简称PWM)控制，并同时能够实现各种级数的载波移相PWM控制方式，属于电力电子变流器的脉冲控制技术领域和专用集成电路技术领域。

背景技术

电力电子变流器在工业系统中所起到的作用越来约重要，在输配电、电力驱动与调速以及新能源利用等领域都显示了极大的优越性和不可替代的作用。随着电力电子技术的不断发展，在变流器拓扑结构方面已经从传统的二电平技术发展到多电平技术，而且各种不同的多电平拓扑结构也层出不穷，使电力电子变流器在高压大容量化和高性能化之间实现了很好的结合。脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)是电力电子变流器领域最为普遍的控制方法，也是变流器的一个关键性技术。但是变流器等拓扑结构的复杂化使变流器的控制和脉冲发生系统的软硬件设计都变得极为复杂，给控制的实时性和可靠性都带来了极大困难。

在以往的电力电子变流器的脉冲发生发生器方案中，大多是采用如专利号为00100551的发明专利“用于柔性交流输电装置的通用控制器”所公开的方法，基于数字信号处理器(DSP)等微处理器实现变流器的脉冲宽度调制。但是微处理器是基于顺序执行指令的结构，随着变流器拓扑结构的复杂性和采样频率的提高，复杂的脉冲发生方法会给使DSP面临的计算资源问题会变得越来越严重，限制了用DSP完成复杂控制算法的能力，增加了硬件设计的复杂程度。基于微处理器实现脉冲发生的方法的另一个主要缺点是每次产品设计时都要考虑脉冲发生算法的软件实现，使技术难度加大，软件设计复杂化，不利于产品的标准化设计。

随着大规模集成电路技术的发展，使用的专用集成电路来实现通用的脉冲发生器成为可能。在文献“基于FPGA的三相逆变器空间矢量PWM控制IC”(IEEE Transon Power Electronics，1997，12(6))中记述了一种基于FPGA实现的常规二电平变流器的PWM控制集成电路，但是这种技术无法应用在多电平变流器或更复杂的拓扑结构中。目前对于多电平变流器通用的PWM控制集成电路还没有记述。

更进一步，现在的变流器拓扑结构也趋于多样化，例如对于N电平的单相桥级联变流器，由于需要平衡各开关器件的利用率和各级直流电容电压，往往并不适于用N电平的空间矢量方法直接控制控制，而是将其分解为多个低电平(2电平或3电平)数目的变流器后并基于载波移相的方法再进行脉冲发生控制。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于电力电子变流器的通用脉冲宽度调制集成电路，以实现各种多电平变流器PWM信号发生，同时能够实现基于载波移相的PWM策略。

本发明提出的用于电力电子变流器的通用脉冲宽度调制集成电路，包括：

三个调制比寄存器，用于存放三相参考脉冲宽度调制比设置值；

三个相移角度寄存器，用于存放三相参考脉冲宽度调制相移角度设置值；

一个基波频率寄存器，用于存放参考脉冲宽度调制基波频率设置值；

一个开关频率寄存器，用于存放脉冲宽度调制采样开关频率设置值；

一个电平数目寄存器，用于存放脉冲宽度调制电平数目设置值；

一个级联数目寄存器，用于存放脉冲宽度调制级联数目设置值；

一个零序注入标志位寄存器，用于存放脉冲宽度调制零序注入标志位；

一个数据接口电路，用于外部电路修改或读取上述各寄存器的值；

一个三相同步相位角度数字跟踪电路，用于跟踪外部输入的同步方波信号频率和相位，或者根据上述脉冲宽度调制参考基波频率设置值，产生基准相位角度，并在产生的基准相位角度上加入上述三相脉冲宽度调制参考相移角度设置值，产生三相参考电压相位角度；

一个采样时钟分频电路，用于以外部晶振信号为时钟输入信号，根据上述脉冲宽度调制采样开关频率设置值，得到频率为采样频率设置值的1000倍的采样计数时钟信号；

一个采样触发信号发生电路，用于以上述采样计数时钟信号为时钟输入，在上述脉冲宽度调制级联数目设置值的控制下，通过移相产生K级方向控制信号、K级采样触发信号和总采样触发信号，其中K是脉冲宽度调制级联数目设置值，K＝1～31；

一个参考电压计算电路，用于在上述总采样触发信号的触发下，根据上述三相参考脉冲宽度调制比设置值和三相脉冲宽度调制参考相移角度，分别计算并锁存输出三相瞬时参考电压原始值，并产生调制触发信号；

一个参考电压数据格式转换电路，用于根据上述脉冲宽度调制电平数目设置值和脉冲宽度调制零序注入标志位，将上述三相瞬时参考电压原始值转为所需的数据格式，得到三相瞬时参考电压计算值；

一个脉冲宽度调制计算电路，用于在上述调制触发信号触发下，并根据上述三相瞬时参考电压计算值，计算并锁存输出下一个采样周期的开关状态及与开关状态相对应的作用时间计数值，并产生输出触发信号；

K个相同的开关状态输出时序控制电路，用于在上述输出触发信号的触发下，根据上述开关状态及与开关状态相对应的作用时间计数值，分别控制K级脉冲宽度调制在一个采样周期内的开关状态输出时序；

K个相同的开关状态转换电路，用于将开关状态转为对应的电力电子开关门极触发信号。

本发明提出的用于电力电子变流器的通用脉冲宽度调制集成电路，能够实现各种多电平变流器PWM信号发生，同时能够实现基于载波移相的多电平PWM控制策略。本发明是基于大规模数字电路的硬件实现，相对于现有的基于微处理器的脉冲发生方法，速度快而且脉冲精度高，彻底解决了实现复杂控制算法时的计算资源和计算时间的限制问题。本发明已经将复杂的多电平脉冲宽度调制算法和载波移相调制方法集成到一块数字电路中，在电力电子变流器控制器的设计中无需再考虑复杂的脉冲发生算法，外接电路设计十分简单，稳定性和可靠性大为提高。本发明适用于各种二电平或多电平变流器的脉冲发生控制，对各种电平数目的变流器通用，并且可以通过选择直接多电平PWM或载波移相多电平PWM的策略，对各种多电平变流器实现最优的控制方式。

附图说明

图1为本发明提出的集成电路的原理框图。

图2为本发明集成电路中第k级方向控制信号和第k级采样触发信号之间的时序关系图。

图3所示为本发明集成电路中K级采样控制信号及总采样控制信号之间的时序关系图。

图4为本发明集成电路中的三相同步相位角度数字跟踪电路部分的原理框图。

图5为本发明集成电路中参考电压计算电路的框图。

图6为本发明集成电路的典型应用电路示意图。

图7为采用本发明集成电路对一个7电平变流器进行直接PWM控制时效果波形图。

图8为采用本发明集成电路对一个五电平变流器进行载波移相PWM控制时的效果波形图。

具体实施方式

本发明提出的用于电力电子变流器的通用脉冲宽度调制集成电路，其原理框图如图1所示，包括：三个调制比寄存器，用于存放三相参考脉冲宽度调制比设置值；三个相移角度寄存器，用于存放三相参考脉冲宽度调制相移角度设置值；一个基波频率寄存器，用于存放参考脉冲宽度调制基波频率设置值；一个开关频率寄存器，用于存放脉冲宽度调制采样开关频率设置值；一个电平数目寄存器，用于存放脉冲宽度调制电平数目设置值；一个级联数目寄存器，用于存放脉冲宽度调制级联数目设置值；一个零序注入标志位寄存器，用于存放脉冲宽度调制零序注入标志位；一个数据接口电路，用于外部电路修改或读取上述各寄存器的值；一个三相同步相位角度数字跟踪电路，用于跟踪外部输入的同步方波信号频和相位，或者根据上述脉冲宽度调制参考基波频率设置值，产生基准相位角度，并在产生的基准相位角度上加入上述三相脉冲宽度调制参考相移角度设置值，产生三相参考电压相位角度；一个采样时钟分频电路，用于以外部晶振信号为时钟输入信号，根据上述脉冲宽度调制采样开关频率设置值，得到频率为采样频率设置值的1000倍的采样计数时钟信号；一个采样触发信号发生电路，用于以上述采样计数时钟信号为时钟输入，在上述脉冲宽度调制级联数目设置值的控制下，通过移相产生K级方向控制信号、K级采样触发信号和总采样触发信号，其中K是脉冲宽度调制级联数目设置值，K＝1～31；一个参考电压计算电路，用于在上述总采样触发信号的触发下，根据上述三相参考脉冲宽度调制比设置值和三相脉冲宽度调制参考相移角度，分别计算并锁存输出三相瞬时参考电压原始值，并产生调制触发信号；一个参考电压数据格式转换电路，用于根据上述脉冲宽度调制电平数目设置值和脉冲宽度调制零序注入标志位，将上述三相瞬时参考电压原始值转为所需的数据格式，得到三相瞬时参考电压计算值；一个脉冲宽度调制计算电路，用于在上述调制触发信号触发下，并根据上述三相瞬时参考电压计算值，计算并锁存输出下一个采样周期的开关状态及与开关状态相对应的作用时间计数值，并产生输出触发信号；K个相同的开关状态输出时序控制电路，用于在上述输出触发信号的触发下，根据上述开关状态及与开关状态相对应的作用时间计数值，分别控制K级脉冲宽度调制在一个采样周期内的开关状态输出时序；K个相同的开关状态转换电路，用于将开关状态转为对应的电力电子开关门极触发信号。

下面结合附图及实施例详细说明本发明内容：

本发明的集成电路结构框图如图1所示，包括数据接口电路、参数设置寄存器组、三相同步相位角度数字跟踪电路、采样时钟分频电路、采样触发信号发生电路、参考电压计算电路、参考电压数据格式转换电路、脉冲宽度调制计算电路、一组开关状态输出时序控制电路和一组开关状态转换电路。整个集成电路为全数字电路。

本发明的集成电路中数据接口电路用于提供与外部微处理器之间的数据接口功能，外部微处理器对本发明集成电路的操作与对普通的SRAM芯片操作相同，可以通过控制CS管脚选通本芯片，通过R/W管脚确定读写方式，通过A(3:0)地址管脚选择所要操作的寄存器，通过数据总线D(15:0)更改或读取寄存器的值。

本发明的集成电路中包括一组参数设置寄存器，用于设置参考电压的频率、幅值、相位信息和脉冲宽度调制算法的工作方式。

其中三个7位的调制比寄存器，用于存放三相参考脉冲宽度调制比m_a，m_b，m_c的设置值，数值范围为1～115，对应实际的调制比值为0.01～1.15；

其中三个12位的相位角度寄存器，用于存放三相参考脉冲宽度调制相移角度δ_a，δ_b，δ_c，数值范围为0～3599，对应实际的角度值为0.1°～359.9°；

一个12位的基波频率寄存器，用于存放参考脉冲宽度调制基波频率设置值f₁，数值范围为0～4000，对应实际频率值为0.1～400.0Hz；

一个8位的采样频率寄存器，用于存放脉冲宽度调制采样开关频率设置值C_fS，这里存储的是一个对外部晶振时钟频率的分频倍数设置值，范围为1～255；

一个4位的电平数目寄存器，用于存脉冲宽度调制电平数目设置值N，数值范围为2～15，对应实际的电平数目为2～15电平；

一个5位的级联数目寄存器，用于存放脉冲宽度调制级联数目设置值K，数值范围为1～31，对应实际的级联数目为1～31级；

一个1位的零序注入标志位寄存器，用于存放脉冲宽度调制零序注入标志位ZFLAG；当ZFLAG为‘1’电平时，标志输出电压中可以包含零序，此方式下实际调制比最大可以为1.15；当ZFLAG为‘0’电平时，标志输出电压中不包含零序，此方式下实际调制比最大可以为1.00。

本发明集成电路中，采样时钟分频电路是一个分频电路，它是以外部晶振信号为时钟输入信号，以上述的脉冲宽度调制采样开关频率设置值C_fS为分频倍数C_fS，对外部时钟晶振信号进行分频，得到频率为采样频率1000倍的采样计数时钟信号。分频倍数设置值C_fS、外部时钟晶振频率fclk和采样频率fs之问的关系为

$C_{\mathrm{fs}}=\frac{f_{\mathrm{clk}}}{1000\×f_x}$

例如，如果外部晶振时钟频率为50MHz，需要的采样频率设置值为2kHz，则只需通过采样频率寄存器将C_fS设置为25。

采样时钟分频电路以C_fS为分频倍数，对外部晶振时钟进行分频，得到一个采样计数时钟信号，这个时钟信号的频率是采样频率的1000倍，也可以说通过这个时钟信号将一个采样周期均匀的分成了1000份。采样计数时钟信号将作为采样触发信号发生电路和开关状态输出时序控制电路的时钟输入，用于控制采样触发信号的时间和控制各开关状态的输出时间。

本发明集成电路中的采样触发信号发生电路的作用是根据级联数目设置值K，产生K级方向控制信号和K级采样触发信号，并产生总的采样触发信号。采样触发信号发生电路包括K个计数器电路、K个单稳电路和一个K输入或门。K个计数器电路的时钟输入是采样计数时钟信号，计数周期为2000，占空比为1/2，第k个计数器电路的计数相位为(k-1)*2000/K，其中k＝1，2，....K。这样K个计数器电路的输出分别作为K级方向控制信号，它们均为周期为2000个采样计数时钟周期、占空比为1/2的方波信号，各级方向控制信号的相位依次滞后2000/K个采样计数时钟周期。然后，K级方向控制信号分别输入到K个单稳电路，在K级方向控制信号的每个变化沿，通过单稳电路得到高电平宽度为1个采样计数时钟周期的K级采样触发信号。最后，将所有的K个采样触发信号通过一个K输入或门后产生总采样触发信号。

以级联数目K＝4时为例，图2所示为第k级方向控制信号和第k级采样触发信号之间的时序关系图。图3所示为k级采样控制信号及总采样控制信号之间的时序关系图。

图4所示为本发明中的三相同步相位角度数字跟踪电路部分的原理框图，用于生成三相参考电压的相位角。在这部分电路中的数字频率测量与锁相电路用于产生同步倍频信号，或者跟踪方波同步信号的频率和相位，或者根据参考脉冲宽度调制基波频率设置值f₁的频率，通过倍频产生周期为0.1电角度(对应于同步信号周期)的脉冲，将其作为相角累加电路的时钟输入，在其脉冲上升沿，将触发同步相角计数器递增1；而方波同步信号作为相角累加电路的清零输入，其上升沿将触发同步相角计数器归零。这样得到最后的基准相位角ωt的数字输出，其数字输出范围是0～3599，对应于实际电角度0.0～359.9度，可以用一个12位的数据表示。然后将ωt与三相参考相移角度δ_a，δ_b，δ_c分别相加，就可以得到三相参考电压相位角度θ_a，θ_b，θ_c，在集成电路中分别都是12位的数据格式。

图5为参考电压计算电路的框图。三相参考脉冲宽度调制比设置值m_a，m_b，m_c和三相参考电压相位角度θ_a，θ_b，θ_c作为计算逻辑控制电路的输入。计算逻辑控制电路是由总采样触发信号触发，触发后三相参考脉冲宽度调制比设置值m_a，m_b，m_c和三相参考电压相位角度θ_a，θ_b，θ_c首先被锁存，然后依据时序分别锁存作为调制比m和角度θ输出，并送到后面的正弦表格电路和移位乘法器电路。

正弦表格存储电路用于存储0.0°～90.0°之间每隔0.1°所对应的正弦值。由于在数字电路中，进行复杂的数学运算是比较困难的，所以事先将＝0.0～90.0度之间的角度每隔0.1度计算出正弦值数据，存储在一个901×10bits的RAM数据表格中，存储的数据格式为：FIX(1000×sin())，其中FIX为一个取整函数。角度θ是正弦表格存储电路的输出，正弦表格存储电路的输出是sinθ。

移位乘法器电路是依据调制比数据的7个数据位，分别对正弦值数据进行不同数目的左移逻辑处理，再将各移位处理后的数据相加，得到最终的乘法计算结果。移位乘法器电路的输入是m和sinθ，输出是m×sinθ

经过参考电压计算电路后，就可以得到进行三相瞬时参考电压值v_ra1、v_rb1、v_rc1，它们的计算公式可以如下表示：

$\left[\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{ral}}\\ v_{\mathrm{rbl}}\\ v_{\mathrm{rcl}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{m}_a\sin {\mathrm{\θ}}_a\\ m_b\sin {\mathrm{\θ}}_b\\ m_b\sin {\mathrm{\θ}}_c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{m}_a\sin (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\δ}}_a)\\ m_b\sin (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\δ}}_b)\\ m_c\sin (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\δ}}_c)\end{array}\right]$

这样，计算结束后，参考电压计算电路锁存输出三相瞬时参考电压原始值，并产生调制触发信号。

为了便于脉冲宽度调制算法的计算，原始的瞬时参考电压值需要被转换为所需的数据格式，这部分处理是在参考电压数据格式转换电路中实现的。参考电压数据格式转换电路的输入是三相瞬时参考电压值v_ra1、v_rb1、v_rc1和脉冲宽度调制零序注入标志位ZFLAG。

脉冲宽度调制零序注入标志位ZFLAG决定了零序电压注入值v₀。零序电压注入值v₀的目的是为了提高最大调制比的范围，也就是提高直流电压的利用率范围。零序电压注入值v₀的受零序注入标志位ZFLAG的控制如下：

其中max()和min()分别为取最大值函数和取最小值函数。

这样参考电压数据格式转换电路执行如下计算得到并输出三相参考电压计算值v_ra、v_rb、v_rc。

$\left[\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{ra}}\\ v_{\mathrm{rb}}\\ v_{\mathrm{rc}}\end{array}\right]=\mathrm{FIX}(1000\×\frac{N-1}{2}\left[\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{ral}}+v_0+1\\ v_{\mathrm{rb}1}+v_0+1\\ v_{\mathrm{rcl}}+v_0+1\end{array}\right])$

其中N为电平数目设定值，v₀为零序电压注入值。

本发明集成电路中，脉冲宽度调制计算电路是脉冲发生的核心部分，用于实现对电平数目通用的多电平空间矢量调制算法。脉冲宽度调制计算时序是由调制触发信号触发的。当调制触发信号发生时，首先将三相参考电压计算值锁存，然后依据外部晶振时钟依次执行各步骤，各计算步骤的说明如下：

(1)将三相瞬时参考电压计算值进行分解，得到偏移开关状态为

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{SOFA}\\ \mathrm{SOFB}\\ \mathrm{SOFC}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{FIX}\left(\frac{V_{\mathrm{ra}}}{1000}\right)\\ \mathrm{FIX}\left(\frac{V_{\mathrm{rb}}}{1000}\right)\\ \mathrm{FIX}\left(\frac{V_{\mathrm{rc}}}{1000}\right)\end{array}\right]$

得到二电平参考电压为，

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{VTWLA}\\ \mathrm{VTWLB}\\ \mathrm{VTWLC}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{ra}}-1000\×\mathrm{SOFA}\\ V_{\mathrm{rb}}-1000\×\mathrm{SOFB}\\ V_{\mathrm{rc}}-1000\×\mathrm{SOFB}\end{array}\right]$

(2)根据二电平参考电压VTWLA，VTWLB，VTWLC，并依据依据已有的二电平空间矢量方法，得到四个二电平开关状态：

STWL1＝(S1a，S1b，S1c)，STWL2＝(S2a，S2b，S2c)，SWTL3＝(S3a，S3b，S3c)，

STWL4＝(S4a，S4b，S4c)；

(3)计算四个作用时间计数值为

T1＝1000-MAX(VTWLA，VTWLB，VTWLC)，

T2＝MAX(VTWLA，VTWLB，VTWLC)-MID(VTWLA，VTLWB，VTWLC)，

T3＝MID(VTWLA，VTWLB，VTWLC)-MIN(VTWLA，VTLWB，VTWLC)，

T4＝1000-T1-T2-T3；

(4)将偏移开关状态与二电平开关状态相加，得到四个输出开关状态为：

SWS1＝(SOFA+S1a，SOFA+S1b，SOFA+S1c)，其对应的作用时间计数值为T1

SWS2＝(SOFA+S2a，SOFA+S2b，SOFA+S2c)，其对应的作用时间计数值为T2

SWS3＝(SOFA+S3a，SOFA+S3b，SOFA+S3c)，其对应的作用时间计数值为T3

SWS4＝(SOFA+S4a，SOFA+S4b，SOFA+S4c)；其对应的作用时间计数值为T4

(5)锁存输出四个开关状态及作用时间计数值，并产生输出触发信号

本发明所述的集成电路中包括K个相同的开关状态输出时序控制电路，用于实现K级载波移相的脉冲宽度调制算法。每个开关状态输出时序控制电路实际上是一个计数器电路，由采样计数时钟信号作为时钟输入，以控制依次序按照作用时间控制一个采样周期内四个开关状态的输出。第k个计数器电路在同时接收到输出触发信号和第k级采样触发信号时，将计数值清零，并且将所述的四个开关状态、四个作用时间计数值和第k级方向控制信号锁存。然后以采样计数时钟信号为时钟输入，每个时钟输入信号的上升沿对输出计数器递增1；开关状态的输出顺序是由触发时刻的方向控制信号决定的，具体方式如下：

(1)当所述方向控制信号为’1’电平时，当输出计数器的值为0～T1时输出所述的SWS1开关状态，当输出计数器的值为T1～T1+T2时输出所述的SWS2，当输出计数器的值为T1+T2～T1+T2+T3时输出所述的SWS3，当输出计数器的值为T1+T2+T3～1000时输出所述的SWS4；

(2)当所述方向控制信号为’0’电平时，当输出计数器的值为0～T4时输出所述的SWS4开关状态，当输出计数器的值为T4～T4+T3时输出所述的SWS3，当输出计数器的值为T4+T3～T4+T3+T2时输出所述的SWS2，当输出计数器的值为T4+T3+T2～1000时输出所述的SWS1；

本发明所述的集成电路中，K个相同的开关状态转换电路用于最后将开关状态信号转为对应的开关器件门极触发信号。对于每相变流器桥臂来说，N电平电路将由2×(N-1)个开关器件组成，需要N-1个独立的门极触发信号(另外的N-1个器件门极脉冲由这个N-1个门极触发信号反向得到)。每相的多电平开关状态与门极脉冲状态对应关系的真值表如表1所示。

表1电平开关状态与门极脉冲状态对应关系的真值表

技术人员在使用本集成电路时，首先根据变流器的拓扑结构选择控制策略，选择相应的级联数目和每级调制的电平数目。然后，可以根据每级调制的电平数目选择相应的门极脉冲输出信号。例如，如果是每级调制是二电平，则选择p_x1即可；如果是每级调制是三电平，则选择p_x1、P_x2即可；如果是每级调制是四电平，则选择p_x1、p_x2、p_x3即可；其它电平数目时依次类推。

图6给出了本发明集成电路的典型应用电路示意图。集成电路的数据接口与DSP等微处理器接口，这样DSP可以通过修改集成电路内部的寄存器控制参考电压和PWM控制参数。对于需要同步信号的场合，如静止无功发生器(STATCOM)，可以通过SYN管脚将方波同步信号输入到集成电路；对于不需要同步的场合，如变频调速器，可以直接通过修改基波频率设置寄存器控制参考电压的频率。

图7给出了采用本发明集成电路对一个7电平变流器进行直接PWM控制时的使用效果。在此应用中，电平数目N被设置为7，级联数目K被设置为1。所给出的波形为最终的7电平输出电压波形。

图8给出了对一个五电平变流器进行载波移相PWM控制时的使用效果。在此应用中，一个五电平变流器采用基于三电平载波移相的PWM策略进行控制，电平数目N被设置为3，级联数目K被设置为2。所给出的波形图由上至下分别为第1级PWM波形、第2级PWM波形、载波移相合成后的五电平输出电压波形。

Claims (1)

1.一种用于电力电子变流器的通用脉冲宽度调制集成电路，其特征在于该集成电路包括：

三个调制比寄存器，用于存放三相参考脉冲宽度调制比设置值；

三个相移角度寄存器，用于存放三相参考脉冲宽度调制相移角度设置值；

一个基波频率寄存器，用于存放参考脉冲宽度调制基波频率设置值；

一个开关频率寄存器，用于存放脉冲宽度调制采样开关频率设置值；

一个电平数目寄存器，用于存放脉冲宽度调制电平数目设置值；

一个级联数目寄存器，用于存放脉冲宽度调制级联数目设置值；

一个零序注入标志位寄存器，用于存放脉冲宽度调制零序注入标志位；

一个数据接口电路，用于外部电路修改或读取上述各寄存器的值；

一个三相同步相位角度数字跟踪电路，用于跟踪外部输入的同步方波信号频率和相位，或者根据上述脉冲宽度调制参考基波频率设置值，产生基准相位角度，并在产生的基准相位角度上叠加上述三相脉冲宽度调制参考相移角度设置值，产生三相参考电压相位角度；

一个采样时钟分频电路，用于以外部晶振信号为时钟输入信号，根据上述脉冲宽度调制采样开关频率设置值，得到频率为采样频率设置值的1000倍的采样计数时钟信号；

一个采样触发信号发生电路，用于以上述采样计数时钟信号为时钟输入，在上述脉冲宽度调制级联数目设置值的控制下，通过移相产生K级方向控制信号、K级采样触发信号和总采样触发信号，其中K是脉冲宽度调制级联数目设置值，K的取值在1至31的范围内；

一个参考电压计算电路，用于在上述总采样触发信号的触发下，根据上述三相参考脉冲宽度调制比设置值和三相脉冲宽度调制参考相移角度，分别计算并锁存输出三相瞬时参考电压原始值，并产生调制触发信号；

一个参考电压数据格式转换电路，用于根据上述脉冲宽度调制电平数目设置值和脉冲宽度调制零序注入标志位，将上述三相瞬时参考电压原始值转换为所需的数据格式，得到三相瞬时参考电压计算值；

一个脉冲宽度调制计算电路，用于在上述调制触发信号触发下，并根据上述三相瞬时参考电压计算值，计算并锁存输出下一个采样周期的开关状态及与开关状态相对应的作用时间计数值，并产生输出触发信号；

K个相同的开关状态输出时序控制电路，用于在上述输出触发信号的触发下，根据上述开关状态及与开关状态相对应的作用时间计数值，分别控制K级脉冲宽度调制在一个采样周期内的开关状态输出时序；

K个相同的开关状态转换电路，用于将开关状态转为对应的电力电子开关门极触发信号。

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