基于DSP与CPLD的三相五电平变频器PWM脉冲发生器

1 引言

近年来,多电平变换器成为电力电子研究的热点之一,它主要面向中压大功率的应用场合。目前,有三种基本的多电平变换器拓扑结构[1]：①二极管箝位型;②飞跨电容型;③级联型。

几种拓扑结构各有其优缺点,但相对而言,级联型多电平变频器具有更独特的优点,它的结构如图1所示。它无需箝位二极管和电容,易于封装,不存在电容电压平衡问题。

图1 三相五电平变频器结构图

2 载波移相SPWM技术

所谓移相式PWM技术就是将调制波和载波的频率固定不变,调制波的相位也保持恒定,而只调整载波的相位,从而产生SPWM信号。将不同载波相位下的SPWM信号进行线性组合,达到消除谐波、提高输出功率的目的。可以证明,当相移 时(α为同相的各单元的载波的移相角度,N 为级联单元个数)[2],输出谐波频率增大到 2N 倍,更易于滤除。对于三相五电平变频器,N=2,所以同相级联两单元的载波相差90度。如图2所示,其中A11与

图2三相五电平变频器的A相

A14载波互差180度,A11与A21的载波互差90度,而A21与A24的载波互差180度。A1与A2串联后的输出电压：

由(1)式可知UA不再包含2F±1次以下的谐波,仅包含2F±1以上的谐波。而当级联数为N时,则NF±1以下的谐波均被滤去。

3 基于CPLD的三相五电平变频器PWM脉冲发生器的原理

一个DSP只能产生12路PWM脉冲,而三相五电平变频器需24路PWM脉冲,而用双DSP输出24路时存在同时性的问题,因而用复杂可编程逻辑器件CPLD来实现。当前,复杂可编程逻辑器件CPLD在现代数字电路设计中已成为不可或缺的器件,CPLD内部包含的逻辑门数从几百至几万,具有可任意配置的几百个寄存器和I/O口,并且开发周期短可灵活配置实现多种功能而无需改动硬件电路。

如图3为DSP与CPLD构成的PWM脉冲发生器的控制框图。

图3 DSP与CPLD的控制框图

来源：21IC电子网