CN210111841U - 一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置，包括DSP、CPLD以及三个IGBT驱动板，其中DSP的输出端和CPLD的输入端连接，CPLD的不同输出端分别连接至不同IGBT驱动板的输入端，具体为：CPLD的四个A相输出端分别连接至A相IGBT驱动板，CPLD的四个B相输出端分别连接至B相IGBT驱动板，CPLD的四个C相输出端分别连接至C相IGBT驱动板。本实用新型不需要增加额外的硬件电路，实现简单，能有效减小体积，节约成本。
Description
技术领域
本实用新型属于脉冲宽度调制技术领域，涉及一种窄脉冲抑制、补偿装置，具体涉及一种一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置。
背景技术
随着光伏行业的发展，逆变器技术的日益成熟，对电能质量和系统效率的要求也越来越高，三电平逆变器相比于传统的两电平逆变器具有谐波小，效率、耐压高等优点，获得了很好的应用效果，随着技术的发展，数字处理器性能的提升，逆变器开关频率越来越高，窄脉冲的影响更加明显，窄脉冲条件下，IGBT电流变化率dic/dt会增加，由于线路存在杂散电感，会产生更高的关断电压过冲，反向恢复过程中会出现强烈的震荡，存在过压损坏的风险，同时也会导致IGBT应力和损耗不均。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置，解决窄脉冲问题导致的IGBT损耗、谐波增大、甚至炸机损坏的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置，包括DSP、CPLD以及三个IGBT驱动板，其中DSP的输出端和CPLD的输入端连接，CPLD的不同输出端分别连接至不同IGBT驱动板的输入端，具体为：CPLD的四个A相输出端分别连接至A相IGBT驱动板，CPLD的四个B相输出端分别连接至B相IGBT驱动板，CPLD的四个C相输出端分别连接至C相IGBT驱动板。
进一步的，DSP用于实时计算三电平逆变器三相调制波占空比，并分别输出三相逆变器的IGBT驱动信号，并传递至CPLD；
CPLD用于对接收到的每一相的两路驱动信号分别进行取反，同时叠加死区时间，生成对应相的四路PWM驱动信号，将PWM驱动信号传递至IGBT驱动板；
三相IGBT驱动板用于对CPLD发出的驱动信号进行电平转换和功率放大。
进一步的，其中DSP包括SPI模块、EPWM模块ADC采样模块和计算模块，ADC采样模块的输出端和CPLD的输出端均与计算模块的输入端连接，计算模块的输入端和EPWM模块的输入端连接。
进一步的，ADC采样模块用于电压和电流采样；SPI模块用于与CPLD实时通信，获取CPLD叠加的死区时间Td；EPWM模块用于更新PWM寄存器，生成6路PWM信号，输出给CPLD；计算模块用于输出最小脉宽对应的占空比，根据ADC采样模块得到的采集电压、电流输出三相调制波占空比。
进一步的，DSP选用TI公司C2000系列数字信号处理器。
进一步的，CPLD选用Altera公司，MAX II系列CPLD。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：可有效节约DSP资源，仅需3个EPWM模块即可；采用CPLD进行取反和叠加死区，相比于采用硬件电路的实现方式，能有效节约成本，死区时间的精度高，可靠性好。
附图说明
图1抑制三电平逆变器窄脉冲装置示意图；
图2为三电平同向载波调制SPWM驱动原理图；
图3为调制波正向过零点窄脉冲生成示意图；
图4为调制波负向过零点窄脉冲生成示意图；
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
参照图1，一种用于抑制三电平逆变器窄脉冲的装置，包括DSP、CPLD以及三个IGBT驱动板三个部分，其中DSP的输出端和CPLD的输入端连接，CPLD的不同输出端分别连接至不同IGBT驱动板的输入端，具体为：CPLD的4个A相输出端分别连接至A相IGBT驱动板，CPLD的4个B相输出端分别连接至B相IGBT驱动板，CPLD的4个C相输出端分别连接至C相IGBT驱动板。
其中DSP用于实时计算三电平逆变器三相调制波占空比，分别生成三相逆变器的IGBT驱动信号，并传递至CPLD；DSP选用TI公司C2000系列数字信号处理器，如TMS320F28377。
DSP具体包含SPI模块、EPWM模块、ADC采样模块和计算模块四个部分。
ADC采样模块，实现整机电压、电流等采样。
SPI模块实现CPLD的实时通信，获取CPLD叠加的死区时间Td。
计算模块用于计算最小脉宽对应的占空比；根据实时采集电压、电流等信号计算三相调制波占空比。
EPWM模块，用于更新PWM寄存器，生成6路PWM信号，输出给CPLD。更新寄存器的具体过程为：当三相调制波占空比的绝对值大于最小脉宽对应的占空比，则用计算得到的三相调制波占空比更新对应相的PWM寄存器，否则对应相的PWM寄存器清零。
CPLD用于对接收到的每一相的两路驱动信号分别进行取反，同时叠加死区时间，生成对应相的四路PWM驱动信号，并将PWM驱动信号传递至IGBT驱动板；CPLD选用Altera公司，MAX II系列CPLD，如EPM1270。
三个IGBT驱动板根据实际使用的IGBT的参数，对CPLD发出的驱动信号进行电平转换，功率放大以保证对应的IGBT可靠工作。
该装置的具体工作过程为：DSP通过获取CPLD所叠加的死区时间，计算最小脉宽对应的占空比；通过实时采集电压、电流等信号计算三相调制波占空比，对三相调制波占空比进行窄脉冲抑制后更新其内部3个EPWM模块，生成6路PWM驱动信号；CPLD对接收到的每一相的两路PWM信号进行分别取反，同时叠加死区时间，每一相生成4路PWM信号；三相IGBT驱动板对CPLD发送的驱动信号进行电平转换和功率放大，可靠的驱动IGBT工作。
图2为三电平同向载波调制SPWM驱动原理图；调制波过零点附近产生的窄脉冲机理如图3所示；调制波峰值处产生的窄脉冲如图4所示。
一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置的具体工作流程如下：
1)确定最小脉宽对应的占空比，结合IGBT最小开通、关断时间及死区时间，确定最小脉宽对应的占空比。IGBT最小开通、关短时间及对应的死区时间随不同厂家、不同型号的IGBT及实际工作开关频率等因素不同而不同，最小脉宽应根据IGBT实际工况进行确定。
其中，最小脉宽为IGBT最小开通Ton_min、关断时间Toff_min和死区时间Td之和。
其中，最小脉宽对应的占空比Tmin_duty的计算公式为：
上式中，Ts为开关周期值。
2)计算电压矢量幅值，并与上限值进行比较，大于上限则对矢量幅值进行修正限幅，所述上限为最大占空比减去最小脉宽对应的占空比。
1)矢量上限值Tmax＝1-Tmin_y；
2)修正方法为：若电压矢量幅值的标幺值大于矢量上限值Tmax，则对矢量乘以矢量上限值Tmax作为新的矢量幅值进行计算。
3)计算三电平三相调制波占空比，根据三电平SVPWM或SPWM调制方法计算三相调制波占空比。
4)将三相调制波占空比与最小脉宽对应的占空比进行比较，任一相调制波占空比的绝对值小于最小脉宽对应的占空比，将该相的调制波占空比赋值给中间变量temp，三相调制波占空比同时减去temp，对三相调制波过零点附近产生的窄脉冲进行抑制、补偿。
5)更新PWM寄存器，三相调制波占空比的绝对值大于窄脉冲对应的占空比，则用实际的占空比更新寄存器，否则对应相的PWM寄存器清零。
在每个开关周期中依次执行步骤2至步骤5，基本上可以完全消除窄脉冲，保证IGBT在每个开关周期内都能可靠的开通和关断，实时性较强。
Claims (6)
1.一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置，其特征在于，包括DSP、CPLD以及三个IGBT驱动板，其中DSP的输出端和CPLD的输入端连接，CPLD的不同输出端分别连接至不同IGBT驱动板的输入端，具体为：CPLD的四个A相输出端分别连接至A相IGBT驱动板，CPLD的四个B相输出端分别连接至B相IGBT驱动板，CPLD的四个C相输出端分别连接至C相IGBT驱动板。
2.根据权利要求1所述的一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置，其特征在于，DSP用于实时计算三电平逆变器三相调制波占空比，并分别输出三相逆变器的IGBT驱动信号，并传递至CPLD；
CPLD用于对接收到的每一相的两路驱动信号分别进行取反，同时叠加死区时间，生成对应相的四路PWM驱动信号，将PWM驱动信号传递至IGBT驱动板；
三相IGBT驱动板用于对CPLD发出的驱动信号进行电平转换和功率放大。
3.根据权利要求1所述的一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置，其特征在于，其中DSP包括SPI模块、EPWM模块ADC采样模块和计算模块，ADC采样模块的输出端和CPLD的输出端均与计算模块的输入端连接，计算模块的输入端和EPWM模块的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置，其特征在于，ADC采样模块用于电压和电流采样；SPI模块用于与CPLD实时通信，获取CPLD叠加的死区时间Td；EPWM模块用于更新PWM寄存器，生成6路PWM信号，输出给CPLD；计算模块用于输出最小脉宽对应的占空比，根据ADC采样模块得到的采集电压、电流输出三相调制波占空比。
5.根据权利要求1所述的一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置，其特征在于，DSP选用TI公司C2000系列数字信号处理器。
6.根据权利要求1所述的一种三电平逆变器窄脉冲抑制装置，其特征在于，CPLD选用Altera公司，MAX II系列CPLD。
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Cited By (3)
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| CN110323927A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-10-11 | 特变电工西安电气科技有限公司 | 一种三电平逆变器窄脉冲抑制方法及装置 |
| CN111478613A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-07-31 | 上海正泰电源系统有限公司 | 一种抑制逆变器窄脉冲的dsp实现方法 |
| CN113270996A (zh) * | 2021-04-07 | 2021-08-17 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种抑制窄脉冲的pwm调制方法 |
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