基于TMS320F2812的三电平逆变器载波调制方法研究

根据式(1)可知，采用载波反向层叠PWM控制方法的三电平NPC逆变器输出电压的谐波有如下特点：
    ①恒定分量(直流分量)为零；
    ②基波为MEsinωt／4且不含基带谐波；
    ③不含载波和载波谐波；
    ④只存在n为奇数的载波上下边频谐波。

载波同相层调制算法与上述完全一致，不同的只是上下三角载波为同相位，如图3(b)所示。由于其输出电压推导式比较复杂。下面将给出仿真结果并进行定性分析。

2 仿真模型

对上述两种调制算法进行matlab的仿真研究时，可先建立如图4所示的三电平系统仿真模型。本系统的载波频率为5000 Hz，正弦调制信号频率为50 Hz，调制度设为0．9。带1000 W负载，直流端电压为120 V。

由两种调制方式下的FFT分析可得出如下结论：

①载波同相层叠PWM控制法与载波反相层叠PWM控制法的输出相电压均是由基波和载波上下边频谐波组成，它们均不含恒定分量和基带谐波，但是，同相层叠PWM控制法含有载波和奇次载波谐波；

②对于载波同相层叠，在输出相电压中的谐波能量主要集中在载波频率处，该处的谐波幅值较大，其它的谐波主要是以载波整数倍频率为中心的边带谐波，幅值较小；

③对于载波反相层叠，在相电压和线电压中均无载波谐波，但均存在以载波整数倍频率为中心的边带谐波，且幅值较大。

3 载波脉冲波形的实现

3．1 调制算法的简化

在使用DSP控制芯片实现PWM调制算法时，可采用载波反相层调制。为了使实现简单，可进行等效的调制算法，就是利用位于正半轴周相位相同的两列三角载波和两列相位相反的正弦波分别进行调制比较，以产生两对互补的控制脉冲来控制一相桥臂。这种方法的优势在于使用正半周同相位两列的三角载波进行调制，能充分利用TMS320F2812DSP中两组事件管理器模块的计数器功能，从而使两个完全相同的载波可以共用一个计数器。而两列相位相反的正弦波相当于在负半周期按照关于x轴对称的方法翻转到正半周，在程序中，只需判断周期性正弦函数的正负号来进行翻转即可。这种调制算法与原层叠算法完全等效，非常适合二极管箝位三电平逆变器的控制，而且实现简单易行。其调制原理和单相控制脉冲如图5所示。

3．2 占空比推导

三电平逆变器工作时，每相有三种输出状态，因此，三电平逆变器的输出相电压为：

合成正弦波的主要思想就是利用上述直流侧的三种电平，在同一时刻按照就近原则分别选取其中的两组电平进行组合，并在正弦调制信号波的正负半周内分别合成。

现以A相为例。可以推出其占空比d的计算公式。

其中，Um／Udc=M为调制幅度。这样，式(7)就是求得的A相开关的占空比。

4 软件设计流程

本系统的整个控制程序由主程序、初始化子程序和下溢中断子程序组成。每个载波周期都产生一个下溢中断，并调用相应的中断子程序；中断子程序根据采样点(本文设定0．9度为一个采样点)来调用正弦波采样计算程序，并计算出该时刻正弦调制波对应的值，然后根据调制度转化成计数器的计数值，以作为比较寄存器的值存在比较寄存器里。三角载波的发生可通过事件管理器EVA中计数器1的计数来模拟。该模块已经为SPWM开辟了周期寄存器、死区设置以及比较寄存器等一系列寄存器，而最为方便的是可以对PWM通道的死区时间进行程序设定。计数器可设置为上升下降模式(从零计数到周期值，然后降为零)。图6所示为其软件程序流程图。

作者：贾 煜，粟 梅 中南大学   来源：国外电子元器件