CN102611285A - 一种实现多电平载波比较pwm的控制方法 - Google Patents

一种实现多电平载波比较pwm的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现多电平载波比较PWM的控制方法，包括一个参考波分解环节，一个载波生成环节，一个集中比较环节和一个PWM分配环节，参考波分解环节和所述载波生成环节为本算法的起始环节，且参考波分解环节与述载波生成环节为并行关系，集中比较环节与参考波分解环节和载波生成环节为串联关系，PWM分配环节与集中比较环节为串联关系，PWM分配环节的输入为参考波信号，PWM分配环节的输出为层级信号和参考波分解信号，参考波分解环节的输出为层级信号和参考波分解信号，载波生成环节的输出为载波信号，集中比较环节的输出为集中PWM信号，PWM分配环节的输出为PWM输出信号。本发明具有控制系统简单，实现多电平输出，可靠性高，控制系统更加灵活的优点。

Description

一种实现多电平载波比较PWM的控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子及电机控制领域，具体地说，涉及一种用于实现多电平载波比较PWM的控制方法。 
背景技术
在多电平变流器设备中，控制系统方法的核心之一为多电平的PWM控制方法。目前的作法为通过数字控制器产生参考波，然后将参考波信号与多个载波作比较，然后产生PWM控制信号输出，来控制多个功率器件实现多电平功率输出。目前的这种控制方法的特点是须有多个载波信号，而生成这些载波信号需要额外的硬件设备，同时当多电平级数增加时，载波信号也需要随之增加。这种传统的作法增加了控制系统的硬件设备，成本增加并且使控制系统变复杂，从而影响其可靠性，传统多电平PWM控制方法框图见附图1。 
发明内容
本发明的目的，在于克服上述控制方法的不足，从而提供一种能够在不需要多个载波的情况下，通过分解控制波信号来产生多电平的PWM信号 。 
本发明的控制方法，包括一个参考波分解环节，一个载波生成环节，一个集中比较环节和一个PWM分配环节，参考波分解环节和载波生成环节为本算法的起始环节，且参考波分解环节与载波生成环节为并行关系，集中比较环节与参考波分解环节和载波生成环节为串联关系，PWM分配环节与集中比较环节为串联关系 。 
更具体地，参考波分解环节的输入为参考波信号，参考波分解环节的输出为层级信号和参考波分解信号，载波生成环节的输入为载波周期信号，载波生成环节的输出为载波信号，集中比较环节的输入为参考波分解信号和载波信号，集中比较环节的输出为集中PWM信号，PWM分配环节的输入为层级信号和集中PWM信号，PWM分配环节的输出为PWM信号。 
本发明的多电平PWM控制方法，由于采用一个比较载波，通过分解控制波来实现多电平PWM输出，而非采用传统的参考波与多个比较载波比较的方式来实现，简化了控制系统的硬件需求，从而降低成本和增加了可靠性，并且具有通用性，在增加或者减少多电平级数时，不需要变更硬件设计。 
附图说明
图1是目前的多电平PWM控制方法的实现框图； 
图2是本发明的多电平PWM控制方法的实现框图；
图3是本发明的参考波分解环节的实现框图；
图4是本发明的载波产生环节的实现框图；
图5是本发明的集中比较环节的实现框图；
图6是本发明的PWM分配环节的实现框图；
图7是本发明的层级2+ PWM输出信号的示意图；
图8是本发明的层级1+ PWM输出信号的示意图；
图9是本发明的层级1- PWM输出信号的示意图；
图10是本发明的层级2- PWM输出信号的示意图。
具体实施方式
结合图2，本发明的控制方法，包括一个参考波分解环节，一个载波生成环节，一个集中比较环节和一个PWM分配环节，参考波分解环节和载波生成环节为本算法的起始环节，且参考波分解环节与载波生成环节为并行关系，集中比较环节与参考波分解环节和载波生成环节为串联关系，PWM分配环节与集中比较环节为串联关系，如图2所示，参考波分解环节的输入为参考波信号，参考波分解环节的输出为层级信号和参考波分解信号，载波生成环节的输入为载波周期信号，载波生成环节的输出为载波信号，集中比较环环节的输入为参考波分解信号和载波信号，集中比较环节的输出为集中PWM信号，PWM分配环节的输入为层级信号和集中PWM信号，PWM分配环节的输出为PWM输出信号。 
具体地，信号流向上，从输入至输出依次参考波分解环节、载波生成环节、集中比较环节、PWM分配环节。 
如图3所示是本发明的参考波分解实现框图，参考波与多级分界线进行比较，从而分解出层级信号与参考波分解信号，其中层级信号包含三种状态，0、1和P状态，其中0状态代表本层PWM信号强制输出低电平状态，1状态代表本层PWM信号强制输出高状态，P状态代表本层PWM信号等于集中PWM信号。同时，参考波分解信号被分解成低于一级载波信号的范围内，包含其变化及形状但剥离了层级的信息。 
如图4所示是本发明的载波产生环节的实现框图，根据载波周期信号数字控制器做计数处理，并根据是否达到计数周期来决定三角载波信号的变化方向。 
如图5所示是本发明的集中比较环节的实现框图，参考波分解信号与载波信号比较，形成集中的PWM信号。 
如图6所示是本发明的PWM分配环节的实现框图，层级信号将输入的集中PWM信号分配给各级的功率器件，从而实现多电平PWM输出。 
更加具体的，如图7至图10所示是本发明的各个层级PWM输出波形，本具体事例以四层PWM输出为例，分别为层2+，层1+，层1-，层2-。当本层（本事例中为2+、1+、1-、2-）的状态为0时，强制输出低电平状态，当本层（本事例中为2+、1+、1-、2-）的状态为1时，强制输出高电平状态，当本层（本事例中为2+、1+、1-、2-）的状态为P时，其PWM输出等于集中PWM信号。 
本实施例中，总共4路PWM输出，实现单相三电平输出。 
综上所述，本发明的多电平PWM控制方法具有以下优点： 
1、只有一个载波信号，而非多个载波信号，不需要增加硬件电路，就可以实现多电平输出，可靠性高。
2、当输出电平数增加时，只需要改变参考波，而不需要增加载波信号，从而提高控制系统的灵活性。 

Claims (7)

1.一种实现多电平载波比较PWM的控制方法，其特征在于：包括一参考波分解环节、一载波生成环节、一集中比较环节、一PWM分配环节，所述参考波分解环节、载波生成环节为起始环节，所述集中比较环节与所述参考波分解环节和载波生成环节为串联关系，所述的PWM分配环节与所述的集中比较环节为串联关系，所述的算法只有一级载波生成环节。
2.如权利要求1所述的多电平载波比较PWM的控制方法，其特征在于，输入信号为参考波信号和载波周期信号。
3.如权利要求1所述的多电平载波比较PWM的控制方法，其特征在于，输出信号为多级PWM信号，信号级数为任意。
4.如权利要求1所述的多电平载波比较PWM的控制方法，其特征在于，所述参考波分解环节的输出为层级信号和参考波分解信号。
5.如权利要求1所述的多电平载波比较PWM的控制方法，其特征在于，所述载波生成环节的输出为载波信号。
6.如权利要求1所述的多电平载波比较PWM的控制方法，其特征在于，所述集中比较环节的输出为集中PWM信号。
7.如权利要求1所述的多电平载波比较PWM的控制方法，其特征在于，所述PWM分配环节的输出为PWM输出信号。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1414696A (zh) * 2002-09-12 2003-04-30 韩志刚 具有谐波抑制和软启动功能的电机调速集成电路
CN102142784A (zh) * 2011-03-31 2011-08-03 华中科技大学 一种全数字化五电平逆变器spwm控制方法
CN102332839A (zh) * 2011-08-23 2012-01-25 南京航空航天大学 一种级联型分时段变阶高多电平静止变流器

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