一种三电平PWM调制信号实现方法技术

发明专利技术公开了一种三电平PWM调制信号实现方法。基于DSP、FPGA和三电平功率电路，所述方法包括以下步骤：DSP产生每相两路PWM调制信号发送至FPGA；FPGA根据DSP产生的每相两路信号的电平状态，控制输出正、负、零电平的状态机，控制输出每相六路功率器件PWM驱动信号至三电平功率电路；FPGA根据窄脉冲滤波对PWM调制信号进行延迟，使得部分功率器件提前关断，并对不同功率器件调制信号的上升沿下降沿分别叠加不同时长的死区。针对不同功率器件的上升沿、下降沿分别加不同时长的死区，易于优化死区效应。该方法具有架构简单、方案灵活、运行可靠稳定，便于移植的特点。便于移植的特点。便于移植的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种三电平PWM调制信号实现方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种三电平ANPC功率电路拓扑的PWM调制信号实现方法。

技术介绍

[0002]中点箝位型(NPC)三电平技术是低压(3kV以下)应用中最为普遍的一种电力电子功率变换技术，有源中点箝位型(ANPC)三电平技术是在NPC拓扑的基础上发展起来的一种功率电路拓扑结构，既保留了NPC拓扑不使用变压器、结构紧凑、成本较低等优势，同时解决了功率器件损耗难以均衡的问题，此外在输出正/负电平时可以通过开通箝位管对承压功率器件进行均压箝位，提高了系统的稳定性。
[0003]目前ANPC拓扑三电平技术的应用主要集中在新能源领域，其PWM调制信号具体实现方式与NPC拓扑有较大差异，不具有继承性，采用DSP+FPGA典型体系结构时经典调制方式不可避免地需要获取调制波的相位或者过零点，用于工频管的通断控制以及输出高/低电平信号的区分。

技术实现思路

[0004]针对上述
技术介绍
的阐述，本专利技术提出了一种三电平PWM调制信号实现方法，可有效解决现有调制方法存在的问题，且具有可继承性。本专利技术无需获取调制波的相位或者过零点；四象限条件下运行时可以有效地均衡各功率器件的损耗；输出正/负电平时开通箝位管对承压功率器件进行均压箝位；将闭环控制、载波调制与具体类型拓扑的驱动信号生成分为两个独立的模块实现NPC、ANPC控制程序的兼容；不同功率器件调制信号的上升沿下降沿可分别叠加不同时长的死区，易于优化死区效应。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种三电平PWM调制信号实现方法，基于DSP、FPGA和三电平功率电路，所述方法包括以下步骤：
[0007]DSP产生每相两路PWM调制信号发送至FPGA；
[0008]FPGA根据DSP产生的每相两路信号的电平状态，控制输出正、负、零电平的状态机，控制输出每相六路功率器件PWM驱动信号至三电平功率电路；
[0009]FPGA根据窄脉冲滤波对PWM调制信号进行延迟，使得部分功率器件提前关断，并对不同功率器件调制信号的上升沿下降沿分别叠加不同时长的死区。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，FPGA根据DSP产生的每相两路同相层叠PWM调制信号A、B为1、1时跳转至输出正电平状态机；调制信号A、B为0、0时跳转至输出负电平状态机；调制信号A、B为0、1时跳转至输出零电平状态机；调制信号A、B为1、0时为非正常状态，进行复位封波。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，FPGA接收到每相两路PWM调制信号以后以窄脉冲滤波做一次死区时长的信号延迟，将原始信号与延迟信号分别用于进入正/负电平状态和进入
零电平状态。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述功率器件PWM驱动信号通过在输出正/负电平时，将开关管G6和开关管G5调制信号置1，该信号上升/下降沿需与开关管G1/开关管G4调制信号上升/下降沿互差一个死区时间。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述功率器件PWM驱动信号通过零电平换流状态时，FPGA控制调制信号输出，首先使开关管G5/开关管G6先开通先进行短路径换流，然后开关管G2/开关管G3后开通稳态维持两条换流路径。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，FPGA产生的每相六路调制信号经由FPGA的状态机切换控制产生，状态机切换过程中具有中间态进行过渡，中间态为输出调制信号的上升沿、下降沿叠加死区，开关管G1/开关管G4、开关管G2/开关管G3两组信号的上升沿、下降沿死区时间分别进行配置。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述方法具体包括以下步骤：
[0016]FPGA由DSP获取到每相两路PWM调制信号，对信号延迟时间T，得到信号EPWMIN_SG；无延迟的信号记为EPWMIN_SG0；两组信号送入输出PWM调制信号控制状态机；
[0017]零电平状态开关管G2、开关管G3、开关管G5、开关管G6导通，提供两条续流路径：
[0018]当检测到无延迟信号EPWMIN_SG0中A＝1,B＝1时，依次执行中间态输出对应信号：正电平短路径续流、开关管G1开通/关断死区、开关管G6箝位开通/关断死区，最后进入正电平输出状态；
[0019]当检测到无延迟信号EPWMIN_SG0中A＝0,B＝0时，依次执行中间态输出对应信号：负电平短路径续流、开关管G4开通/关断死区、开关管G5箝位开通/关断死区，最后进入负电平输出状态；
[0020]零电平状态发生故障时，关断所有输出信号，进行封波处理。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，正电平输出状态在检测到延迟信号EPWMIN_SG中A≠1,B≠1时，依次执行中间态输出对应信号：
[0022]开关管G6箝位开通/关断死区、开关管G1开通/关断死区、正电平短路径续流，最后进入零电平输出状态，每个中间态的输出时间由图中各自的死区时间决定；
[0023]负电平输出状态在检测到延迟信号EPWMIN_SG中A≠0,B≠0时，依次执行中间态输出对应信号：开关管G5箝位开通/关断死区、开关管G4开通/关断死区、负电平短路径续流，最后进入零电平输出状态，每个中间态的输出时间同样由各自的死区时间决定；
[0024]输出正/负电平发生故障时，关断开关管G1/开关管G4、开关管G5/开关管G6，然后再关断开关管G2/开关管G3，进行封波处理。
[0025]作为本专利技术的进一步改进，所述DSP产生的每相两路PWM调制信号，包括同相层叠、反相层叠PWM调制方式产生的PWM信号。
[0026]作为本专利技术的进一步改进，所述三电平功率电路为NPC拓扑、TNPC拓扑或ANPC拓扑。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0028]本专利技术该实现方法基于DSP+FPGA的典型体系结构，DSP的主要功能是三相闭环控制、产生每相两路PWM调制信号并发送给FPGA；FPGA的主要功能是接收DSP发送的每相两路PWM信号并生成每相六路可用于四象限运行的调制信号，以及给调制信号灵活加死区。所述
PWM调制信号实现方法相较于目前应用的其他方法，保留了DSP+FPGA典型架构的优势，DSP芯片程序无需修改，产生的PWM信号可用于NPC、TNPC、ANPC拓扑功率电路的驱动，异常故障封波时无功率器件过压风险。该实现方法的FPGA部分输出调制信号使ANPC三电平功率电路具备四象限运行能力，其功率器件的损耗在不同功率因数下都能够被很好地均衡，输出正/负电平时的承压功率器件能被可靠均压箝位，可以针对不同功率器件的上升沿、下降沿分别加不同时长的死区，易于优化死区效应。该方法具有架构简单、方案灵活、运行可靠稳定，便于移植的特点。
[0029]进一步，本专利技术无需获取调制波的相位或者过零点；四象限条件下运行时可以有效地均衡各功率器件的损耗；输出正/负电平时开通箝位管对承压功率器件进行均压箝位；将闭环控制、载波调制与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三电平PWM调制信号实现方法，其特征在于，基于DSP、FPGA和三电平功率电路，所述方法包括以下步骤：DSP产生每相两路PWM调制信号发送至FPGA；FPGA根据DSP产生的每相两路信号的电平状态，控制输出正、负、零电平的状态机，控制输出每相六路功率器件PWM驱动信号至三电平功率电路；FPGA根据窄脉冲滤波对PWM调制信号进行延迟，使得部分功率器件提前关断，并对不同功率器件调制信号的上升沿下降沿分别叠加不同时长的死区。2.根据权利要求1所述一种三电平PWM调制信号实现方法，其特征在于，FPGA根据DSP产生的每相两路同相层叠PWM调制信号A、B为1、1时跳转至输出正电平状态机；调制信号A、B为0、0时跳转至输出负电平状态机；调制信号A、B为0、1时跳转至输出零电平状态机；调制信号A、B为1、0时为非正常状态，进行复位封波。3.根据权利要求1所述一种三电平PWM调制信号实现方法，其特征在于，FPGA接收到每相两路PWM调制信号以后以窄脉冲滤波做一次死区时长的信号延迟，将原始信号与延迟信号分别用于进入正/负电平状态和进入零电平状态。4.根据权利要求1所述一种三电平PWM调制信号实现方法，其特征在于，所述功率器件PWM驱动信号通过在输出正/负电平时，将开关管G6和开关管G5调制信号置1，该信号上升/下降沿需与开关管G1/开关管G4调制信号上升/下降沿互差一个死区时间。5.根据权利要求1所述一种三电平PWM调制信号实现方法，其特征在于，所述功率器件PWM驱动信号通过零电平换流状态时，FPGA控制调制信号输出，首先使开关管G5/开关管G6先开通先进行短路径换流，然后开关管G2/开关管G3后开通稳态维持两条换流路径。6.根据权利要求1所述一种三电平PWM调制信号实现方法，其特征在于，FPGA产生的每相六路调制信号经由FPGA的状态机切换控制产生，状态机切换过程中具有中间态进行过渡，中间态为输出调制信号的上升沿、下降沿叠加死区，开关管G1/开关管G4、开关管G2/开关管G3两组信号的上升沿、下降沿死区时间分别进行配置。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永奎，曹立航，
申请(专利权)人：西安奇点能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：