三相PWM整流器研究

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 PWM整流器的設(shè)計 學(xué)院（系）： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士論文評選機構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采

2、用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在10年解密后適用本授權(quán)書2、不保密囗。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 年 月 日本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師 工作單位 設(shè)計(論文)題目: PWM整流器的設(shè)計 設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：熟悉整流的原理，對整流技術(shù)進(jìn)行綜述、比較，并設(shè)計出整流器硬件電路和軟件程序。要求完成的主要任務(wù):（1）外文資料翻譯不少于20000印刷符；（2）查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料（中文15篇，英文3篇）；（3）掌握整流的原理；（4）撰寫開題報告；（5）熟悉整流技術(shù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、目的意義；（6

3、）對整流技術(shù)進(jìn)行綜述、比較；（7）計出整流器硬件電路和軟件程序。；（8）繪制的電氣圖紙符合國標(biāo)；（9）撰寫的畢業(yè)設(shè)計（論文）不少于10000漢字。必讀參考書：1 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).第4版.北京：機械工業(yè)大學(xué)出版社，20072 楊蔭福，段善旭，朝澤云.電力電子裝置及系統(tǒng).北京：清華大學(xué)出版社，20063 張崇巍，張興.PWM整流器及其控制.北京：機械工業(yè)大學(xué)出版社，2003指導(dǎo)教師簽名 系主任簽名 院長簽名(章) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的智能型功率模塊(IPM)開創(chuàng)了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件新的發(fā)展方向。功率半導(dǎo)體開關(guān)器件技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了電力電子變流裝置技

4、術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以脈寬調(diào)制（PWM）控制為基礎(chǔ)的各類變流裝置，如變頻器、逆變電源、高頻開關(guān)電源以及各類特種變流器等，這些變流裝置在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域中取得了廣泛的應(yīng)用。但是，目前這些變流裝置很大一部分需要整流環(huán)節(jié)，以獲得直流電壓，由于常規(guī)整流環(huán)節(jié)廣泛采用了二極管不控整流電路或晶閘管相控整流電路，因而對電網(wǎng)注入了大量諧波及無功，造成了嚴(yán)重的電網(wǎng)“污染”。治理這種電網(wǎng)“污染”最根本措施就是，要不變流裝置實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且運行于單位功率因數(shù)。PWM控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展為整流器性能的改進(jìn)提供了變革性的思路和手段，結(jié)合PWM控制技術(shù)的新型整流器成為PWM整流器。根據(jù)能量是否可雙向流動，派生出兩類不同拓?fù)?/p>

5、結(jié)構(gòu)的PWM整流器，即可逆PWM整流器和不可逆PWM整流器。 能量可雙向流動的PWM整流器不僅體現(xiàn)出AC/DC變流特性（整流），而且還可呈現(xiàn)出DC/AC變流特性（有源逆變），因而確切地說，這類PWM整流器實際上是一種新型的可逆PWM整流器。 經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展，PWM整流器技術(shù)已日趨成熟。PWM整流器主電路已從早期的半控型器件橋路發(fā)展到如今的全控型器件橋路；其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已從單相、三相電路發(fā)展到多相組合及多電平拓?fù)潆娐?；PWM開關(guān)控制由單純的硬開關(guān)調(diào)制發(fā)展到軟開關(guān)調(diào)制；功率等級從千瓦級發(fā)展到兆瓦級，而在主電路類型上，既有電壓型整流器（Voltage Source RectifierVSR），也

6、有電流型整流器（Current Source RectifierCSR），并且兩者在工業(yè)上均成功地投入了應(yīng)用。由于PWM整流器實現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且運行于單位功率因數(shù)，甚至能量可雙向傳輸，因而真正實現(xiàn)了“綠色電能變換”。由于PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)出受控電源特性，因而這一特性使PWM整流器及其控制技術(shù)獲得進(jìn)一步的發(fā)展和拓寬，并取得了更為廣泛和更為重要的應(yīng)用，如靜止無功補償（SVG）、有源電力濾波（APF）、統(tǒng)一潮流控制（UPFC）、超導(dǎo)儲能（SMES）、高壓直流輸電（HVDC）、電氣傳動（ED）、新型UPS、通信電源以及太陽能、風(fēng)能等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電等。 將PWM控制技術(shù)應(yīng)用于整流器始于20

7、世紀(jì)70年代末，但由于當(dāng)時諧波問題不突出，加上受電力電子器件發(fā)展水平的制約，PWM整流器沒有引起充分的重視。進(jìn)入80年代后，由于自關(guān)斷器件的日趨成熟及應(yīng)用，推動了PWM技術(shù)的應(yīng)用與研究。1982年Busse Alerfd、Holtz Joaehim首先提出了基于可關(guān)斷器件的三相全橋PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其網(wǎng)側(cè)電流幅相控制策略，并實現(xiàn)了電流型PWM整流器網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)正弦波電流控制。1984年從Akgai Hiorufmi等提出了基于PWM整流器結(jié)構(gòu)的無功補償器裝置，這實際上就是電壓型PWM整流器的早期設(shè)計思想。到20世紀(jì)80年代末，隨AWGreen等人提出了基于坐標(biāo)變換的PWM整流器連續(xù)、離

8、散動態(tài)數(shù)學(xué)模型及控制策略，PWM整流器的研究發(fā)展到了一個新的高度。進(jìn)入90年代，三相PFC技術(shù)的研究成為電力電子技術(shù)和電能變換領(lǐng)域中最具重要意義的研究方向之一，經(jīng)過國內(nèi)外專家學(xué)者多年的研究，PWM整流器在電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)學(xué)模型，控制方法，電網(wǎng)電壓不平衡等方面取得了豐碩的研究成果。隨著研究的深入，基于PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制的拓展，相關(guān)的應(yīng)用研究也發(fā)展起來，如有源濾波器、超導(dǎo)儲能、交流傳動、高壓直流輸電以及統(tǒng)一潮流控制等。這些應(yīng)用技術(shù)的研究，促進(jìn)了PWM變換器及其控制技術(shù)的進(jìn)步和完善。2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案2.1設(shè)計任務(wù) 1）外文資料翻譯不少于15000印刷符； 2）撰寫開題報告； 3）查閱相

9、關(guān)文獻(xiàn)資料 4）設(shè)計出基于單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 5）完成基于單片機不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計； 6）繪制的電氣圖紙符合國標(biāo)； 7）撰寫的畢業(yè)設(shè)計（論文）不少于10000漢字；2.2 技術(shù)方案本設(shè)計為PWM整流器的設(shè)計。最終是要得到小功率等級電壓源型雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的PWM整流器。主電路采用的是三相半橋型VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于電能的雙向流動，當(dāng)PWM整流器從電網(wǎng)吸取電能時，其運行于整流工作狀態(tài)；而當(dāng)PWM整流器向電網(wǎng)傳輸電能時，其運行于有源逆變工作狀態(tài)。為了使電壓型PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)受控電流源特性，其網(wǎng)側(cè)電流控制策略的研究非常重要。 “直接電流控制”策略由于引入交流電流反饋作為內(nèi)環(huán)，直流電壓外環(huán)構(gòu)成整流器控

10、制系統(tǒng)，既可實現(xiàn)單位功率因數(shù)，又可控制直流電壓恒定。本設(shè)計采用的就是固定開關(guān)頻率且與電網(wǎng)電動勢前饋結(jié)合的SPWM控制。其控制系統(tǒng)以DSP芯片為核心，驅(qū)動器件則是以IR2130為主。2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分組成，軟件和硬件都將按照框圖總系統(tǒng)的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計。 1） 硬件部分主要分為兩大部分，即主電路（圖1）和控制電路（圖2）。而控制電路還可以細(xì)化為：智能功率模塊電路（IPM）、DSP芯片作為控制電路的處理器、檢測電路（主要有網(wǎng)側(cè)三相電壓檢測，電抗器交流電流檢測，直流側(cè)電容電壓檢測，A相、B相電網(wǎng)電壓同步信號檢測）、驅(qū)動電路等。其中DSP芯片采用TMS320LF240，IPM選

11、用三菱公司的IPM50RSA060。 2） 軟件部分主要通過系統(tǒng)的流程圖描述來對基于F240DSP芯片的VSR控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計，包括了主程序模塊和中斷服務(wù)程序模塊。中斷服務(wù)程序中主要有以下幾個模塊構(gòu)成：直流電壓檢測模塊、交流電壓檢測模塊、電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器計算模塊、電流指令計算模塊、電網(wǎng)頻率檢測模塊、電流檢測模塊、電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器計算模塊，指針計算模塊。圖1 主電路圖圖2 控制電路框圖2.4 本文主要內(nèi)容論文結(jié)合等離子體位移快控電源的設(shè)計，提出基于電壓源型PWM整流器循環(huán)變流器拓?fù)涞目刂品桨?，為三相電壓源型PWM整流器建立了開關(guān)仿真模型，并利用此開關(guān)仿真模型進(jìn)行仿真設(shè)計，進(jìn)而以TI公司的處理器芯

12、片DSP240為核心設(shè)計控制器，分別對系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計，最終實現(xiàn)了小功率等級電壓源型PWM整流器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。最后簡單做出了一些結(jié)論。2.5 技術(shù)路線1）收集資料并進(jìn)行歸納、分析；2）電路連接及分析；3）進(jìn)行系統(tǒng)集成；4）軟件、硬件設(shè)計。2.7 設(shè)計的技術(shù)難點1）主電路的設(shè)計；2）控制系統(tǒng)的確定；3）DSP芯片的應(yīng)用，包括硬件與軟件兩個方面。3、設(shè)計的進(jìn)度安排第1周： 英文翻譯第3周： 畢業(yè)實習(xí)第4周： 查閱文獻(xiàn)資料第5周： 開題報告第6周： 系統(tǒng)的方案設(shè)計第7周： 硬件電路設(shè)計第10周：系統(tǒng)軟件設(shè)計第11周：撰寫論文第13周：論文修改第14周：論文定稿第15周：上交畢業(yè)論文，答辯

13、準(zhǔn)備第15周：答辯4、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 目錄摘要 IAbstract II緒論 11 三相電壓源型PWM整流器工作原理及數(shù)學(xué)模型 21.1 PWM整流器工作原理 21.1.1 PWM整流電路基本特性 21.1.2 PWM整流電路工作原理 21.2 PWM整流電路基本特性 52 三相VSR控制策略及控制系統(tǒng)設(shè)計 72.1 VSR的電流控制方法 72.1.1 間接電流控制和直接電流控制的比較 72.1.2 三相VSR在dq坐標(biāo)系下的直接電流控制 82.2 三相VSR控制系統(tǒng)的設(shè)計 92.2.1 電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計 92.2.2 電壓外環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計 112.3 三相VSR

14、的仿真 123 硬件設(shè)計 173.1 主電路的設(shè)計 173.1.1 主功率開關(guān)器件的選擇 173.1.2 交流側(cè)電感的設(shè)計 183.1.3 直流側(cè)電容的設(shè)計 193.2 基于DSP的控制電路硬件設(shè)計 203.2.1 TMS320F2407芯片的介紹 203.2.2 IGBT驅(qū)動電路223.2.3 信號檢測電路 234 軟件設(shè)計 254.1 主程序設(shè)計 254.2 中斷服務(wù)程序設(shè)計 254.3 直流側(cè)電壓檢測模塊 254.4 交流側(cè)電壓檢測模塊 284.5 電流指令計算模塊 284.6 網(wǎng)測電流檢測模塊 29結(jié)束語 31致謝 32參考文獻(xiàn) 33附錄 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 34摘要 隨著綠色能源技術(shù)的快速發(fā)

15、展，PWM整流器技術(shù)己成為電力電子技術(shù)研究的熱點和亮點。PWM整流器可成為用電設(shè)備或電網(wǎng)與其它電氣設(shè)備的理想接口，因為它可以實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化和功率因數(shù)可調(diào)整。本文介紹一種基于TMS320F2407DSP芯片控制的三相電壓型PWM整流器的控制系統(tǒng)，完成了從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件、軟件到控制策略等方面的設(shè)計。本文首先分析了PWM整流器的基本原理，然后根據(jù)三相電壓源型PWM整流器各相電壓電流之間的關(guān)系和橋路的工作狀態(tài)建立了它的數(shù)學(xué)模型，給出系統(tǒng)在三相ABC坐標(biāo)系和兩相dq坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，利用電流反饋解耦控制，以及系統(tǒng)的基本控制框圖。并設(shè)計了電壓環(huán)和電流環(huán)數(shù)字化PI調(diào)節(jié)器，結(jié)合理論分析和實際對其參數(shù)進(jìn)行

16、了優(yōu)化整定。然后在Matlab的集成仿真環(huán)境Simulink下搭建了仿真模型，通過仿真，驗證了理論的可行性。根據(jù)以上控制思想，設(shè)計了以數(shù)字信號處理器(DSP)TMS320F240為核心的數(shù)字化的三相電壓型PWM整流器的硬件和軟件。論文最后對全文所作的工作進(jìn)行了總結(jié)，并指出了未來的研究方向。關(guān)鍵詞：三相電壓型PWM整流器 數(shù)學(xué)模型 DSP MatlabAbstractWith the fast developing technology of green energy，an ever-enhanced attention has been focused to the PWM rectifier

17、 in the field of power electronicsPWM rectifier might become an ideal electric appliance or a linkage between grid-line and other electric facilities，characterized of nearly sinusoidal current and adjustable power factorThis dissertation is devoted to the theory and application of Three-Phased Volta

18、ge-Sourced PWM Rectifier，which is controlled by the DSP chip TMS320F2407,and the design of the system structure, the hardware and the software is discussedThis paper analyses the basic principe of the PWM rectifierBased on the relations between the vo1tages and currents in accordance with the states

19、 of the rectifier topology，the switching function model was first establishedIt presents mathematical model for the system both in ABC coordinate and d/q coordinateAnd then it also analyses the decoupling control of voltage feed-forward and current feedback of system in d/q coordinateBased of the th

20、eory mentioned above， control block diagram of system is deductedAlso designs the current loop and voltage loop digital PI regulators，adjusts the parameters based on theoretical analysis and practical testThe theory is feasible through simulation with software MatlabBased a control scheme above，it i

21、ntroduces the design of hardware and software for fully digital Three-Phased Voltage-Sourced PWM Rectifier based on the DSP chip TMS320F2407Eventually,the conclusion of the research work in this dissertation is made and the future research directions ale also given outKeywords: Three-Phased Voltage-

22、Sourced PWM Rectifier mathematical model DSP MatlabI緒論隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子變流技術(shù)也得以迅速發(fā)展，出現(xiàn)了以脈寬調(diào)制(PWM)控制為基礎(chǔ)的各類變流裝置，如變頻器、逆變電源、高頻開關(guān)電源以及各類特種變流器，這些變流裝置在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域中取得了廣泛的應(yīng)用。但是，目前這些變流裝置很大一部分需要整流環(huán)節(jié)，以獲得直流電壓，由于常規(guī)整流環(huán)節(jié)廣泛采用了二極管不控整流電路或晶閘管相控整流電路，因而對電網(wǎng)注入了大量諧波及無功，造成了嚴(yán)重的電網(wǎng)“污染”。治理這種電網(wǎng)“污染”最根本措施就是要求交流裝置實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且運行于單位功率因數(shù)。因此，作為

23、電網(wǎng)主要“污染”源的整流器，首先受到了學(xué)術(shù)界的關(guān)注，并展開了大量的研究工作。其主要思路是將PWM技術(shù)引入整流器的控制中，使整流器網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且可運行于單位功率因數(shù)。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，PWM整流器的主電路己從早期的半控型器件橋路發(fā)展到如今的全控型器件橋路；其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已從單相、三相電路發(fā)展到多相組合及多電平拓?fù)潆娐罚籔WM開關(guān)控制由單純的硬開關(guān)調(diào)制發(fā)展到軟開關(guān)調(diào)制；控制策略從間接電流控制發(fā)展到了直接電流控制；而主電路類型上，既有電壓型整流器，也有電流型整流器。自20世紀(jì)90年代以來，PWM整流器的研究主要集中在以下幾個方面：PWM整流器的建模與分析；電壓型PWM整流器的電流控制；主電路拓?fù)?/p>

24、結(jié)構(gòu)研究；系統(tǒng)控制策略研究；電流型PWM整流器研究。由于PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)出受控電流源特性，因而這一特性使得PWM整流器及其控制技術(shù)獲得進(jìn)一步的發(fā)展和拓寬，并取得了更為廣泛和更為重要的應(yīng)用，如靜止無功補償、有源電力濾波、統(tǒng)一潮流控制、超導(dǎo)儲能、高壓直流輸電、電氣傳動、新型UPS以及太陽能、風(fēng)能等再生能源的并網(wǎng)發(fā)電等。本課題的研究對象是三相電壓型PWM整流器及其控制策略。第一章分析了PWM整流器的基本原理，并且討論了三相電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型，包括在ABC坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型和在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。第二章討論了三相電壓型PWM整流器的控制策略，在其雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立電路

25、，并作了仿真。第三章著重于系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括主電路的設(shè)計和基于DSP芯片TMS320LF2407的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。第四章通過程序流程圖的方式，對系統(tǒng)的軟件設(shè)計做了詳細(xì)分析。1 三相電壓源型PWM整流器工作原理及數(shù)學(xué)模型1.1 PWM整流器原理1.1.1 PWM整流電路基本特性PWM整流器與以往的整流器相比，具有以下的優(yōu)良性能：(1)網(wǎng)側(cè)電流為正弦波；(2)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可控制(如單位功率因數(shù)控制)；(3)電能雙向傳輸：(4)較快的動態(tài)控制響應(yīng)。由于PWM整流器電能可雙向傳輸，當(dāng)PWM整流器從電網(wǎng)吸收電能時，其運行于整流工作狀態(tài)；而當(dāng)PWM整流器向電網(wǎng)傳輸電能時，其運行于有源逆變狀態(tài)。所謂單位

26、功率因數(shù)是指：當(dāng)PWM運行于整流狀態(tài)時，網(wǎng)側(cè)電壓、電流同相位(正阻特性)；當(dāng)PWM運行于有源逆變狀態(tài)時，其網(wǎng)側(cè)電壓、電流反相位(負(fù)阻特性)。進(jìn)一步研究表明，由于PWM整流器其網(wǎng)側(cè)電流及功率因數(shù)均可控制，因而可被推廣應(yīng)用于有源電力濾波及無功補償?shù)绕渌恍┓钦髌鲬?yīng)用場合。由此可見，PWM整流器實際上是一個其交、直流側(cè)可控，可以在四象限運行的變流裝置。圖1-1為PWM整流器模型電路，該電路由交流回路、功率開關(guān)橋路以及直流回路組成。其中交流回路包括交流電動勢以及網(wǎng)側(cè)電感等，直流回路包括負(fù)載電阻及負(fù)載電動勢等；功率開關(guān)管整流電路可由電壓型或電流型整流電路組成。圖1-1 PWM整流器模型電路圖當(dāng)不計功率

27、管損耗時，由交、直流側(cè)功率平衡關(guān)系得：式中： 、模型電路交流側(cè)電流、電壓； 、模型電路直流側(cè)電流、電壓。由上式不難理解：通過對模型電路交流側(cè)的控制，就可以控制其直流側(cè)，反之亦然。以下從模型電路交流側(cè)入手，來分析PWM整流器的運行狀態(tài)和控制原理。1.1.2 PWM整流電路工作原理將普通整流電路中的二極管或晶閘管換成IGBT或MOSFET等自關(guān)斷器件，并將SPWM技術(shù)應(yīng)用于整流電路，這就形成了PWM整流電路。通過對PWM整流電路的適當(dāng)控制，不僅可以使輸入電流非常接近正弦波，而且還可以使輸入電流和電壓同相位，功率PWM整流電路由于需要較大的直流儲能電感以及交流側(cè)LC濾波環(huán)節(jié)所導(dǎo)致的電流畸變、振蕩等問

28、題，使其結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜化，從而制約了它的應(yīng)用和研究。相比之下，電壓型PWM整流電路以其結(jié)構(gòu)簡單，較低的損耗等優(yōu)點，電壓型PWM整流電路的成功應(yīng)用更現(xiàn)實鴨故選擇電壓型PWM整流電路進(jìn)行研究。下面分別介紹單相和三相PWM整流電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理。圖1-2 單相PWM整流電路圖1-2為單相全橋PWM整流電路，交流側(cè)電感包含外接電抗器的電感和交流電源內(nèi)部電感，是電路正常工作所必需的。電阻包含外接電抗器的電阻和交流電源內(nèi)部電阻。同SPWM逆變電路控制輸出電壓相類似，可在PWM整流電路的交流輸入端AB產(chǎn)生一個正弦調(diào)制PWM波，中除含有和開關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波外，不含低次諧波成分。由于電感的濾波作用，這

29、些高次諧波電壓只會使交流電流產(chǎn)生很小的脈動。如果忽略這種脈動，當(dāng)正弦信號波的頻率和電源頻率相同時，為頻率與電源頻率相同的正弦波。圖1-3 單相PWM整流電路等效電路PWM整流電路的單相等效電路如圖1-3所示，其中為交流電源電壓。當(dāng)一定時，的幅值和相位由中基波分量的幅值及其與的相位差決定。改變中基波分量的幅值和相位，就可以使與同相位。圖1-4給出了單相PWM整流電路的相量圖，其中以表示電網(wǎng)電壓，表示PWM整流電路輸出的交流電壓，為連接電抗器的電壓，為電網(wǎng)內(nèi)阻的電壓；在圖1-4a)中，滯后的相角為，與的相位完全相同，電路工作在整路流狀態(tài)，且功率因數(shù)為1。在圖1-4b)中，超前的相角為，與的相位相反

30、，電路工作在逆變狀態(tài)。這說明PWM整流電路可以實現(xiàn)能量正反兩個方向的流動，既可以運行在整流狀態(tài)，從交流側(cè)向直流側(cè)輸送能量；也可以運行在逆變狀態(tài)，從直流側(cè)向交流側(cè)輸送能量。而且這兩種方式都可在單位功率因數(shù)下運行。圖1-4 PWM整流電路兩種運行方式向量圖a）整流運行 b）逆變運行圖1-5 三相PWM整流電路三相PWM整流電路主要結(jié)構(gòu)如圖1-5所示，其工作原理和單相PWM整流電路類似。通過對電路進(jìn)行SPWM控制，就可以在橋的交流輸入端ABC產(chǎn)生一個正弦調(diào)制PWM波，。，對各相電壓按圖1-4a)的向量圖進(jìn)行控制，就可使各相電流，為正弦波且和電壓相位相同，功率因數(shù)為1。1.2 三相電壓型PWM整流器數(shù)

31、學(xué)模型系統(tǒng)模型是分析和設(shè)計三相電壓型整流器的基礎(chǔ)，從不同角度出發(fā)可以建立不同形式的系統(tǒng)模型，而且不同模型往往適合的控制方法也不盡相同。1） 在abc坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型：所謂三相電壓型整流器（VSR）在abc坐標(biāo)系下的一般模型是根據(jù)三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在三相abc靜止坐標(biāo)系中，利用電路基本定律對其建立的一般數(shù)學(xué)描述。針對三相VSR一般數(shù)學(xué)模型的建立，通常作以下假設(shè)：（1） 電網(wǎng)電動勢韋三相平穩(wěn)的純正弦波電動勢；（2） 網(wǎng)側(cè)濾波電感L是線性的，而且不考慮飽和；（3） 開關(guān)器件為理想開關(guān)，沒有過渡過程，其通斷狀態(tài)由開關(guān)函數(shù)描述；（4） 開關(guān)頻率遠(yuǎn)大于電網(wǎng)頻率。定義單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)為：利用開關(guān)函

32、數(shù)模型得到三相VSR在abc坐標(biāo)系下的一般數(shù)學(xué)模型為 2）在dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型：雖然VSR在abc坐標(biāo)系下一般數(shù)學(xué)模型具有物理意義清晰、直觀等特點，但是在這種模型中，VSR交流側(cè)均具有一定頻率、幅值和相角的正弦時變交流量。一般的VSR采用電壓電流雙閉環(huán)控制，當(dāng)電流內(nèi)環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器時，三相靜止坐標(biāo)系中的PI調(diào)節(jié)器無法實現(xiàn)電流無靜差控制。通過坐標(biāo)變換將三相abc靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系。通過這樣的變換，靜止坐標(biāo)系中的基波正弦量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流量，對直流給定PI調(diào)節(jié)器則可以實現(xiàn)無靜差控制，從而提高穩(wěn)態(tài)電流控制精度。而且旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中存在有功電流和無功電流的

33、解耦，有利于實現(xiàn)VSR的控制。三相VSR在兩相dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為2 三相VSR控制策略及控制系統(tǒng)設(shè)計2.1 VSR的電流控制方法VSR的工作原理分析表明，當(dāng)其正常工作時，能在穩(wěn)定直流側(cè)電壓的同時，實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)正弦波形電流控制。另一方面，當(dāng)VSR應(yīng)用于注入有源電力濾波器等領(lǐng)域時，其網(wǎng)測電流的控制性能決定了系統(tǒng)性能指標(biāo)的優(yōu)劣。因此，VSR的電流控制策略是十分重要的。2.1.1 間接電流控制和直接電流控制的比較為了使PWM整流電路在工作時功率因數(shù)近似為1，即要求輸入電流為正弦波且和電源電壓同相位，可以有多種控制方法，根據(jù)有沒有引入電流反饋可以將這些控制方法分為兩種，沒有引入交流電流反饋的稱

34、為間接電流控制，引入交流電流反饋的稱為直接電流控制。間接電流控制也稱為相位和幅值控制，其實質(zhì)是，通過PWM控制，在VSR橋路交流側(cè)生成幅值、相位受控的正弦PWM電壓。該PWM電壓與電網(wǎng)電動勢共同作用于VSR交流側(cè)，并在VSR交流側(cè)形成正弦基波電流，而諧波電流則由VSR交流側(cè)電感濾除。由于這種VSR電流控制方案通過直接控制VSR交流側(cè)電壓進(jìn)而達(dá)到控制VSR交流側(cè)電流的目的，因而是一種間接電流控制方式。這種間接電流控制由于無需設(shè)置交流電流傳感器以構(gòu)成電流閉環(huán)控制，因而是一種VSR簡單控制方案。間接電流控制的優(yōu)點在于控制簡單，一般無需電流反饋控制。另外，間接電流控制還可分為穩(wěn)態(tài)間接電流控制和動態(tài)間接

35、電流控制。間接電流控制的主要問題在于，VSR電流動態(tài)響應(yīng)不夠快，甚至交流側(cè)電流中含有直流分量，且對系統(tǒng)參數(shù)波動較敏感，因而常適合于對VSR動態(tài)響應(yīng)要求不高且控制結(jié)構(gòu)要求簡單的應(yīng)用場合。相對于間接電流控制，直接電流控制以快速電流反饋控制為特征。在這種控制方法中，通過運算求出交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，通過對交流電流的直接控制而使其跟蹤指令電流值。這種直接電流控制與間接電流控制在結(jié)構(gòu)上的主要差別在于：前者具有網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制，而后者則無網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制。由于采用網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制，使VSR網(wǎng)側(cè)電流動、靜態(tài)性能得到了提高，同時也使網(wǎng)側(cè)電流控制對系統(tǒng)參數(shù)不敏感，從而增強了電流控制系統(tǒng)的魯棒性

36、。直接電流控制可以獲得較高品質(zhì)的電流響應(yīng)，但控制結(jié)構(gòu)和算法較間接電流控制復(fù)雜。直接電流控制中有不同的電流跟蹤控制方法，常用的有：固定開關(guān)頻率PWM電流控制、滯環(huán)PWM電流控制、空間矢量PWM電流控制等，這些電流控制方案各有其優(yōu)缺點。本文主要研究基于(d，q)坐標(biāo)系的固定開關(guān)頻率PWM電流控制策略：1） 固定開關(guān)頻率PWM電流控制算法簡單，物理意義清晰。且實現(xiàn)較方便。2）由于開關(guān)頻率固定，因而網(wǎng)側(cè)變壓器及濾波電感設(shè)計較容易，并且有利于限制功率開關(guān)損耗。3）兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d，q)中的指令電流為直流時不變信號。4）在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d，q)中，電流控制方案易于有功和無功電流的解耦控制。2.

37、1.2 三相VSR在dq坐標(biāo)系下的直接電流控制對于dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，不考慮前饋解耦時的三相VSR固定開關(guān)頻率PWM電流控制原理如圖2-1所示。圖2-1 dq坐標(biāo)系下三相VSR直接電流控制原理圖顯然，電流指令來自電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出，而且表示三相電流的有共分兩；而電流指令則表示三相電流的無功分量，且可以獨立給定，若是要求單位功率因數(shù)運行，則可以將其給定設(shè)為0。在dq同步坐標(biāo)系中，指令電流是直流信號；其電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器可以實現(xiàn)無靜差控制，穩(wěn)態(tài)性能好；在兩相dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，易于有功電流和無功電流的獨立控制，也即解耦控制。2.2 三相VSR控制系統(tǒng)的設(shè)計 在三相VSR控制系統(tǒng)設(shè)計中，一般采

38、用雙環(huán)控制，即電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)。電壓外環(huán)作用主要是控制三相VSR直流側(cè)電壓，而電流內(nèi)環(huán)作用主要是按電壓外環(huán)輸出的電流指令進(jìn)行電流控制。2.2.1 電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計 1）電流內(nèi)環(huán)的簡化由前面敘述可以知道，三相VSR的dq模型可以描述為式中，、電網(wǎng)電動勢矢量的、分量； 、三相VSR交流側(cè)電壓矢量的、分量； 、三相VSR交流側(cè)電流矢量的的、分量。從三相VSR的dq模型方程式（2-1）可以看出。由于VSR的d、q軸變量相互耦合，因此給控制器的設(shè)計造成一定困難。為此，可以采用前饋解耦控制策略。當(dāng)電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器時，則、的控制方程如下：式中，、電流內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)增益和積分調(diào)節(jié)增益； 、和的電流

39、指令值。由此可以畫出電流內(nèi)環(huán)的解耦控制結(jié)構(gòu)，如圖2-2。圖2-2 三相VSR電流內(nèi)環(huán)解耦控制結(jié)構(gòu)2）電流調(diào)節(jié)器設(shè)計由于兩電流內(nèi)環(huán)的對稱性，因而下面以控制為例討論電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計?？紤]電流內(nèi)環(huán)采樣信號的延遲和PWM控制的小慣性特性，已經(jīng)解耦的電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖2-3中，為電流內(nèi)環(huán)電流采樣周期，為橋路PWM等效增益。為簡化分析，且將PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)寫成零極點形式，即將小時間常數(shù)/2、合并，得到簡化的電流環(huán)結(jié)構(gòu)。如圖2-4所示。圖2-4 無擾動且忽略R時的近似電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)由此可以按照典型型系統(tǒng)設(shè)計電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，從圖2-4得到電流內(nèi)環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為 為了盡量提高電流

40、響應(yīng)的快速性，對典型型系統(tǒng)而言，可設(shè)計適當(dāng)?shù)闹蓄l寬，工程上常取。按照典型型系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計關(guān)系有解得2.2.2 電壓外環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計 三相VSR的電壓環(huán)簡化結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5 三相VSR電壓環(huán)簡化結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)由于電壓外環(huán)的主要控制作用是穩(wěn)定三相VSR直流電壓，故其控制系統(tǒng)整定時，應(yīng)著重考慮電壓環(huán)的抗擾性能。型系統(tǒng)設(shè)計對恒值給定可以實現(xiàn)無靜差跟蹤，顯然，同樣可按典型型系統(tǒng)設(shè)計電壓調(diào)節(jié)器，由圖2-5得電壓環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為由此，得電壓環(huán)中頻寬為由典型型系統(tǒng)控制器參數(shù)整定關(guān)系，得綜合考慮電壓環(huán)控制系統(tǒng)的抗擾性和跟隨性，取，計算出電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)為2.3 三相VSR的仿真基于前述分析在SIMUlI

41、NK7.0軟件中，對三相VSR的PWM整流器建立仿真電路，如圖2-6所示。 圖2-6 三相VSR主電路模塊結(jié)構(gòu)其中，控制模塊里封裝著dq與abc之間坐標(biāo)變換電路、電壓電流雙閉環(huán)電路、PWM生成電路等。圖2-7 控制電路模塊結(jié)構(gòu)圖2-8 abcdq變換電路模塊圖2-9 電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)圖2-10 電壓外環(huán)結(jié)構(gòu)按照前述計算給予電路相應(yīng)的參數(shù)，給定直流側(cè)電壓為750V，仿真時間為0.1s。得到仿真波形圖如下。圖2-11 網(wǎng)側(cè)電壓波形圖2-12 網(wǎng)測電流波形圖2-13 直流側(cè)電壓波形 根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，輸入電流和輸入電壓相位差不大，能達(dá)到較高的功率因數(shù)。從電流波形看。其動態(tài)調(diào)節(jié)過程比較快，能夠迅速跟蹤

42、網(wǎng)側(cè)電壓。直流側(cè)輸出平均電壓為750V，與給定保持一致。3 硬件設(shè)計三相電壓型PWM整流器的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。控制系統(tǒng)檢測三相交流側(cè)電源信號和直流側(cè)電壓信號，這些信號經(jīng)過信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成DSP的A/D接口接受范圍內(nèi)的模擬信號，DSP完成輸入電壓信號的A/D轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)變換、PI調(diào)節(jié)、SPWM調(diào)制等控制任務(wù)，DSP輸出的SPWM信號經(jīng)過IPM驅(qū)動電路后送至IPM。圖3-1 三相電壓型PWM整流電路整體硬件圖3.1 主電路的設(shè)計3.1.1 主功率開關(guān)器件的選擇 在大功率電力電子器件的應(yīng)用中，IGBT已取代GTR或者M(jìn)OSFET成為應(yīng)用的主流。IGBT的優(yōu)點在于輸入阻抗高、開關(guān)損耗小、飽和壓降

43、低、開關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性能好、驅(qū)動電路簡單等。目前，由IGBT單元構(gòu)成的功率模塊在智能化方面得到迅速發(fā)展，智能功率模塊IPM（Intelligent Power Module）不僅包括基本組合單元和驅(qū)動電路，還具有保護(hù)盒報警功能，以其完善的功能和較高的可靠性為我們創(chuàng)造了很好的應(yīng)用條件，簡化了電路設(shè)計。本文設(shè)計的三相電壓型PWM整流器功率為15KW，三相交流輸入電壓相電壓有效值為220V，主功率開關(guān)器件采用IPM來實現(xiàn)。假設(shè)效率為90%，則每相輸入額定電流有效值為則網(wǎng)側(cè)電流峰值為考慮2倍安全系數(shù)，取IPM的電流額定為100A。最大反向電壓為在式（3-3）中，是電源線電壓的振幅值，當(dāng)電源相電壓為2

44、20V時選。綜合以上分析，選取額定電壓為1200V，額定電流為100A的IGBT模塊。3.1.2 交流側(cè)電感的設(shè)計 下面從穩(wěn)態(tài)條件下滿足功率指標(biāo)要求和電流波形品質(zhì)指標(biāo)兩方面討論交流側(cè)電感的設(shè)計。1） 滿足功率指標(biāo)要求的電感設(shè)計當(dāng)三相電壓型PWM整流器在最大功率輸出運行時，交流側(cè)電壓矢量與電網(wǎng)電動勢矢量相位差，此時，交流側(cè)電感上的電壓值為則流經(jīng)電感的電流值為則每相電網(wǎng)電動勢發(fā)出或者吸收的有功功率為將式（3-6）帶入（3-7）得則三相電網(wǎng)電動勢發(fā)出或者吸收的有功功率為，本文設(shè)計的三相電壓型PWM整流器功率為15KW，為了滿足功率指標(biāo)要求，有由式（3-9）得將、代入式（3-10）計算得 2）滿足瞬態(tài)

45、電流跟蹤指標(biāo)時的電感設(shè)計除了考慮功率指標(biāo)外，電感設(shè)計還需要考慮滿足瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)的要求，既要抑制紋波電流，也要快速跟蹤電流。為了抑制諧波電流較大的脈動，此時電感應(yīng)足夠大，以滿足抑制諧波電流要求；另一方面，當(dāng)電流過零時，其變化率最大，此時電感足夠小，以滿足快速跟蹤電流的要求。由于此原理較為復(fù)雜，再次不再贅述。查閱相關(guān)資料得到滿足瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)時的電感取值范圍為式（3-12）中，為PWM開關(guān)周期，為最大允許諧波電流脈動量。欲使上式成立，需要滿足綜上所述，根據(jù)大致計算，不妨設(shè)。3.1.3 直流側(cè)電容的設(shè)計 電壓型PWM整流器直流側(cè)電容主要有以下作用：1）緩沖VSR交流側(cè)與直流側(cè)的無功能量交換；2

46、）抑制直流側(cè)電壓紋波； 3）當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，支撐直流側(cè)電壓，限定直流電壓的波動。 一般而言，從滿足電壓環(huán)控制的跟隨性指標(biāo)看，VSR直流側(cè)電容應(yīng)盡量小，以確保VSR直流側(cè)電壓的快速跟蹤控制；而從滿足電壓環(huán)控制的抗擾性指標(biāo)分析，VSR直流側(cè)電容應(yīng)盡量大，以限制負(fù)載擾動時的直流電壓動態(tài)降落。但是，當(dāng)滿足直流電壓跟隨性能指標(biāo)時通常不滿足直流電壓抗擾性能指標(biāo)，反之亦然。這就要求在三相VSR電容參數(shù)設(shè)計過程中，需要根據(jù)實際需要，綜合考慮直流電壓跟隨性和抗擾性性能指標(biāo)，并遵循以下一些準(zhǔn)則：1）直流側(cè)電容的選取應(yīng)使直流電壓保持穩(wěn)定，峰峰波動值不超過允許值；2）所選擇的電容器的參數(shù)不會影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3

47、）負(fù)載變化的暫態(tài)過程中應(yīng)能盡量減小電壓調(diào)節(jié)的超調(diào)量和過渡時間；4）中間回路的損耗應(yīng)保持最小。對于參數(shù)計算，此處不作多的敘述，取電容即可。3.2 基于DSP的控制電路硬件設(shè)計系統(tǒng)控制主電路采用TMS320LF2407A為核心處理器，再加外圍器件組成。DSP用來完成輸入電壓，輸入電流和輸出電壓的采集，三相abc坐標(biāo)系到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，SPWM算法的實現(xiàn)，生成PWM控制波等作用。外圍器件包括兩個外部可讀寫存儲器IS6lL、，6416，負(fù)責(zé)存儲輸入/輸出電流及電壓的歷史數(shù)據(jù)存儲：DSP供電電壓的轉(zhuǎn)換，負(fù)責(zé)將外圍集成供電的5v電壓轉(zhuǎn)換為DSP的3.3V供電電壓；DSP仿真器接口JTAG；與計算機串

48、口進(jìn)行通信的MAX232。3.2.1 TMS320F2407芯片的介紹 選擇定點DSP芯片TMS320F2407作為控制電路的處理器，主要是由其專門應(yīng)用于控制的硬件結(jié)構(gòu)和外設(shè)資源決定的。 TMS320系列DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)包括： 1)哈佛結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)是不同于傳統(tǒng)的馮·諾曼結(jié)構(gòu)的并行體系結(jié)構(gòu)，其主要特點是將程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址，獨立訪問。與兩個存儲器相對應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。而馮·諾曼結(jié)構(gòu)則是將指令、數(shù)據(jù)、地址存儲在同一存儲器中，統(tǒng)一編址，

49、依靠指令計數(shù)器提供的地址來區(qū)分是指令、數(shù)據(jù)還是地址。取指令和取數(shù)據(jù)都訪問同一存儲器，數(shù)據(jù)吞吐率低。 2)流水線操作：與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)，DSP芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí)行時間，從而增強了處理器的處理能力。TMS320系列處理器的流水線深度。在三級流水線操作中，取指、譯碼和執(zhí)行操作可以獨立地處理，這可使指令執(zhí)行能完全重疊。在每個指令周期內(nèi)，三個不同的指令處于激活狀態(tài)，每個指令處于不同的階段。例如，在第N個指令取指時，前一個指令即第N1個指令正在譯碼，而第N一2個指令則正在執(zhí)行。一般來說，流水線對用戶是透明的。 3)專用的硬件乘法器：在一般形式的FIR濾波器中，乘法是DSP的重要組成部分。對每個濾

50、波器抽頭，必須做一次乘法和一次加法。乘法速度越快，DSP處理器的性能就越高。在通用的微處理器中，乘法指令是由一系列加法來實現(xiàn)的。故需許多個指令周期來完成。相比而言，DSP芯片的特征就是有一個專用的硬件乘法器。在TMS320系列中，由于具有專用的硬件乘法器，乘法可在一個指令周期內(nèi)完成。 4)特殊的DSP指令：DSP芯片的另一個特征是采用特殊的指令。例如：DMOV就是一個特殊的DSP指令，它完成數(shù)據(jù)移位功能。在數(shù)字信號處理中，延遲操作非常重要，這個延遲就是由DMOV來實現(xiàn)的。 5)快速的指令周期：哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計，可使DSP芯片的指令

51、周期在200ns以下。TMS320系列處理器的指令周期己經(jīng)從第一代的200ns降低至現(xiàn)在的20ns以下。快速的指令周期使得DSP芯片能夠?qū)崟r實現(xiàn)許多DSP應(yīng)用。DSP以上這些優(yōu)點可以滿足實時、快速地完成有三相整流器的控制和采樣計算的要求，論文采用的TI公司生產(chǎn)的TMS320F2407芯片指令周期為50ns，此外，DSP芯片作為控制器還有強大的外設(shè)功能，TMS320F2407的外設(shè)庫包括：事件管理器模塊、雙10位模一數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、串行通信接口模塊、串行外設(shè)模塊、看門狗和實時中斷模塊、內(nèi)部FLASH存儲器模塊、外部存儲器接口、數(shù)字I/0端口、PLL時鐘模塊。在外設(shè)庫中事件管理模塊和雙十位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

52、在生成驅(qū)動三相整流器的PWM波形中至關(guān)重要。 事件管理模塊為用戶提供了一整套用于運動控制和電機控制的功能和特性，這同樣非常適用于電壓型整流器的PWM控制實現(xiàn) 事件管理模塊主要由以下幾個部分構(gòu)成： 1)三個通用定時器：事件管理器模塊的三個通用定時器在應(yīng)用時可以獨立使用，作為控制系統(tǒng)中的捕獲周期的發(fā)生，為正交編碼器脈沖電路和捕獲單元提供時基，為全比較單元和單比較單元以及相關(guān)的PWM電路產(chǎn)生比較/PWM輸出。 2)三個全比較單元和三個單比較單元：每個全比較單元有兩個相關(guān)的比較/PWM輸出，每個單比較單元有一個相關(guān)的比較/PWM輸出。全比較單元的時基由通用定時器1提供，單比較的時基由通用定時器1或2提

53、供。 3)PWM電路，其中包空間矢量的PWM電路，死區(qū)發(fā)生單元和輸出邏輯：與全比較單元相關(guān)的PWM輸出電路帶有可編程死區(qū)和輸出極性可以控制的6個PWM通道。PWM電路被設(shè)計用于減少CPU產(chǎn)生PWM波的開銷，并減少用戶的工作量。 4)四個捕獲單元：捕獲單元在捕獲單元引腳上出現(xiàn)跳變時便能觸發(fā)，可以捕捉上升沿或下降沿。 5)中斷功能：事件管理器中斷事件分為3組，在中斷組產(chǎn)生中斷如果中斷未被屏蔽，軟件可通過查詢事件管理器中斷標(biāo)志寄存器中的適當(dāng)位來檢測中斷事件的發(fā)生。在圖3-2中，PWMl-PWM6為PWM波輸出分別用來控制三相電壓型PWM整流器的六個IGBT通斷時間；Ia(ADCIN0)、Ib(ADC

54、IN1)、Ea(ADCIN2)、Eb(ADCIN3)、Vdc(ADCIN4)分別為三相電壓型PWM整流器的輸入端a相電流、輸出端b相電流、輸入端a相電壓、輸入端b相電壓、直流輸出端電壓采樣，這些采樣值經(jīng)過光電隔離后送入DSP的A/D轉(zhuǎn)換模塊；A0-A15為DSP的16位地址總線；D0-D15為DSP的16位數(shù)據(jù)總線；crashsingal(T1PWM/T1CMP/IOPB4)為保護(hù)信號，當(dāng)三相電壓型PWM整流器發(fā)生過、欠電壓，過電流及過溫時，crashsingal信號產(chǎn)生，使PDPNTA端口出現(xiàn)信號下降沿，經(jīng)過約160ns后DSP內(nèi)部邏輯立即封鎖PWM輸出端口；EMUO、EMUl、TCK、TDI、TMS、TRST為仿真信號，實現(xiàn)JTAG仿真，可以進(jìn)行DSP程序調(diào)試和編寫。圖3-2 TMS320LF2407A原理圖3.2.2 IGBT驅(qū)動電路 IGBT的驅(qū)動電路型號較多，此處采用國際整流器公司的IR21系列驅(qū)動電路。IR21系列是國際整流器公司推出的高壓驅(qū)動器，一片IR2130可以直接驅(qū)動中小容量的6支場控開關(guān)管，且只需一路控制電源。IR2130是28引腳雙列直插式集成電路，應(yīng)用方法如圖3-3所示。HIN1、HIN2、