Cyclone V试用报告四 基于Cyclone V三电平逆变器设计

buer1209

Cyclone V试用报告四 基于Cyclone V三电平逆变器设计 [复制链接]

    在前面介绍中，多电平逆变器硬件电路主要有以下几个部分组成：控制系统、驱动电路、主拓扑电路、滤波电路、采样电路及必须的保护电路组成。主要从这几个方面介绍三电平逆变器的实现。
    在逆变器控制器设计中，FPGA主要作用是产生PWM经驱动电路后驱动IGBT。另外，输出电压信号需经电压互感器及相应调理电路后反馈给控制器，FPGA可以通过高速模数转换装置，对输出信号进行采集，经内部DSP核进行运算，对输出信号实现PID调节。
   SPWM 的产生依据正弦波和三角波比较的原理，先通过编程产生幅度、频率合适的正弦波和三角波，然后通过比较器进行比较，输出信号就是SPWM 信号。RTL视图如下：

使用FPGA编程，很容易得到所需的SPWM信号，经Modelsim仿真结果如下：


    由于上下桥臂直接导通会造成短路，因此在互补PWM控制上需要加入死区时间。死区时间小，输出波形要好一些，只是会降低可靠性，一般为 μs 级。本设计中死区时间设置为2μs 。通过以下两条规则来实现死区的嵌入：

1) 若没有检测到跳变沿，保持 PWMH=PWM,PWML=~PWM.

2) 若检测到条边沿，令 PWMH=PWML=0. 同时死 区时间寄存器开始递减 计数，直至递减为 0。

死区嵌入modelsim仿真如图：

   相应的12路PWM信号产生后，需经过驱动电路之后驱动IGBT，驱动电路采用ML57959，通过 ML57959 ，把控制系统的 0, 1信号转换成驱动 IGBT 所需要的 +15V 信 号和 -10V 信号，实现对 IGBT 的驱动 的驱动 。为了达到隔离效果，12 个IGBT 驱动电路所需电源要完全隔离。因此，驱动电路需要提供12 个隔离的+15V 和-10V 电源。驱动电路如下图：

当采用PWM 控制时，由于开关函数中含有谐波分量，因此逆变器交流侧电

流也会含有谐波分量。所以为了滤除交流侧电流的谐波分量，须在交流侧设置滤

波环节LC滤波器的结构如下图所示，其中输入的电压为Uin ，输出的电压为Uout，

可以得到两者之间的传递函数

经过计算：三电平光伏逆变器输出为380V/5kVA时，可选择C=16.4uF, L1=5mH.
采样电路可以通过互感器采集输出端信号，经调理后送FPGA,调理电路如下图所示：

输出电压经该电路处理后，经AD送给FPGA进行处理，通过PID算法进行调节，保证输出电压的稳定。

三电平逆变器电路实验条件如下：

(1)直流侧电压U=30V。

(2)正弦调制波信号频率为50Hz，三角载波频率2.5 kHz，载波比为50，调制比为0.8。

(3)主电路开关器件选用IGBT，直流侧母线电容C=4700μF。钳位电容C=3300μF。滤波电路采用LC滤波，其中L=5mH,C=30μF.

(4)负载为三相对称的星形接法的纯阻性负载，R=500Ω。

测量工具：示波器Tek TPS 2014。

滤波后三相相电压和线电压如图所示，由图中可以看出，三相互差120°，频率为50.03Hz，幅值比较稳定。THD也在5%以内。

[ 本帖最后由 buer1209 于 2012-12-24 19:41 编辑 ]

eeleader

三电平逆变器用的SPWM调制，没用SVPWM调制吗？

buer1209

相比SPWM, SVPWM的确效率高，并且调制效果好。不过SPWM实验周期短一些，SVPWM仿真都做完了，实验还没来得及做

eeleader

不错。有空继续沟通