基于DSP的三电平逆变器SVPWM调制研究

　　1 引言

　　自1980年日本学者a.nabae等人在ieee工业应用年会上提出三电平中点箝位式结构以来，三电平逆变器便成为大容量、中高压电机调速的主要实现方式之一，作为其核心技术的脉宽调制(pwm)方法中，目前最受重视的是电压空间矢量脉宽调制法(svpwm)[1、2]。svpwm优越性表现在：在大范围的调制比内有很好的性能;无需大量角度数据;母线电压利用率高;物理概念清晰;算法简单且适合数字化方案;适合于实时控制[3]。因此这种控制方法是中外大功率变频产品中使用最为广泛的一种，也是三电平逆变器研究的热点问题。

　　空间矢量的产生是svpwm的关键环节，目前芯片制造商已经为两电平逆变器开发了专用的dsp芯片，可以方便的实现两电平逆变器的空间矢量产生功能。多电平逆变器由于开关器件和电平数的增加，矢量产生的复杂程度远大于两电平逆变器，当前还没有支持多电平逆变器矢量产生的专用dsp芯片，所以为多电平逆变器寻找一种简便且通用的空间矢量发生方法是研究者关注的问题。参考文献[4]提出了一种svpwm优化算法，该算法无需开平方和反正切等复杂运算，只需将参考矢量转换到60°坐标系，再经过简单的算术运算即可算出各基本矢量的作用时间。笔者在此基础上，试图改进一种易于dsp实现的三电平空间矢量脉宽调制优化控制算法，使得原本复杂的矢量发生变得更为简单些。

　　2 三电平逆变器的特点和基本原理

　　所谓三电平逆变器是指逆变器的交流侧的每相输出电压相对于直流侧的电压有三种取值的可能，即正端电压(+ ed/2)、负端电压(-ed/2)和中点零电位(0)，二极管箝位式三电平逆变器的拓扑结构如图1所示。

图1 二极管箝位型三电平逆变器

　　它由2个输入电容，12个开关管，12个续流二极管，6个钳位二极管组成。2个输入电容c1，c2均分输入电压ed，每个电容上的电压为ed/2，由于箝位二极管的作用，每个开关管在关断时所承受的电压为电容电压即ed/2，因此三电平逆变器可以在不增加器件耐压等级的情况下成倍的提高输入电压。另外根据三电平逆变器的定义，逆变器的每相桥臂的4个主开关管有3种不同的通断组合，对应3种不同的输出电位，即+ed/2，0，-ed/2 ，用符号相应地表示为p，o，n三种。以a相为例，为了保证每个功率器件在关断状态承受ed/2电压，则在a相状态变化时，应该通过中性点电位0的过渡，即每相电位只能向相邻电位过渡，不允许输出电位的跳变。另外对主开关器件控制脉冲是有严格要求的，以防止同一桥臂贯穿短路，即：t1与t0、t2与t4的控制脉冲都要求是互反的，同时每一对主开关器件要遵循先断后通的原则。