一種三相pwm調製方法
2023-08-07 01:32:41 1
專利名稱：一種三相pwm調製方法
技術領域：
本發明涉及脈寬調製技術(PWM)，尤其涉及一種三相PWM調製方法，該方法採用線電壓期望輸出來得到三相PWM開關時間，適用於電力電子行業的三相逆變器相關輸出控制。
背景技術：
三相PWM輸出可以採用三項全橋實現，·如圖I所示，三相全橋是由六個開關器件構成的三個半橋，同一橋臂上的上下半橋的信號相反。實際操作中，通過比較計數器控制每個橋壁的上下半橋的切換來實現三相PWM控制，這就需要計算每個橋壁的上下半橋的開關周期時間，並將其作為比較器的比較值輸入比較器，目前的三相調製方法中均為以三相相電壓為基礎計算各個開關周期時間，或者基於線電壓輸出不變為基準，在相電壓中加入三次諧波等方法，如SVPWM控制方法，其最後計算開關時間的依據均為每相電壓，SVPWM控制方法的給定為矢量給定，即給定輸出模值和角度。如果給定量為線電壓，則該方法需要將該電壓變換為矢量給定後方能使用。這樣一方面非常不方便，另一方面需要進行三角函數的求解，計算量大。
發明內容
本發明的目的在於提供一種計算方便、且結算量小的三相PWM調製方法。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下本發明的調製方法，依據線電壓輸出期望，選取其中的最大線電壓輸出，通過該輸出期望得到最大線電壓輸出相關兩個橋臂的開關時間，通過最大線電壓輸出外的其他兩個線電壓輸出中的任意一個，得到和最大線電壓輸出不直接相關橋臂的開關時間，具體如下一種三相PWM調製方法，包括以下步驟第一步找到三相線電壓輸出期望中的絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望Uxy ；第二步，根據該絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望Uxy計算各相比較計數器的比較值；第三步將得到的各相比較值送入各相的比較計數器，進行三相PWM調製當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉，或者當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉。優選的，當採用7段式的PWM控制時，所述第二步的根據該絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望Uxy計算各相比較計數器的比較值通過以下方式實現 對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中x、y、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = TpX (l-Uxy/Udc)/2,Ty = TpX (1+Uxy/Udc)/2,Tz = Ty+Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)，式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望；·或者，對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中x、y、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = TpX (1+Uxy/Udc)/2,Ty = TpX (1-Uxy/Udc)/2,Tz = Ty-Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)，式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望。優選的，當採用5段式的PWM控制時，所述第二步的根據該絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望Uxy計算各相比較計數器的比較值通過以下方式實現(I)當選取向量(000)為唯一零矢量時對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中x、y、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = O,Ty = Tp X (Uxy/Udc)，Tz = Ty+Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望；或者，對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中x、y、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = Tp,Ty = TpX (1-Uxy/Udc)Tz = Ty-Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為Z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望；(3)當選取矢量(111)為唯一零矢量對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中x、y、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = TpX (Ι-Uxy/Udc),Ty = Tp, Tz = Ty+Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望；或者，對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中x、y、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = TpX (Uab/Udc),Ty = O,Tz = Ty-Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望。優選的，所述的第一步中，如果找到的三相線電壓輸出期望中的絕對值最大的線電壓輸出期望為負值，則將該絕對值最大線電壓輸出期望相關的兩相調換，得到所述絕對值最大的、且為正數的線電壓輸出期望Uxy。優選的，所述絕對值最大的線電壓輸出期望通過如下方式找到，找到三項線電壓輸出期望中和其他兩個相異的電壓即為絕對值最大的線電壓輸出期望。本發明的有益效果如下本發明的三相PWM調製方法的電壓利用率和空間矢量PWM(svpwm)相同，本發明不使用三角函數，能提高微控制器系統的計算效率。本發明還通過調整最大電壓輸出中比較時間設計了 5段式的控制方式，該控制方式使得在每個開關周期可以減少一個橋壁上的開關，從而降低開關損耗，提聞裝置效率。
圖I為三相PWM調製的硬體結構圖；圖2為本發明的三相PWM調製方法的流程圖；圖3為比較器採用載波三角波大於PWM比較值後為上橋臂導通的方式的示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。由於比較計數器的比較值決定了開關管的輸出相電壓，因此兩個比較計較器的比較值的差就確定了輸出的線電壓。反過來，如果該我們知道了輸出線電壓的要求，則我們可以依據此得到兩相比較器的差的數值。依據此我們得到了本發明的調製方法，該方法中採用線電壓計算PWM輸出比較計數器的比較值。本發明的調製方法首先要找到三項電壓輸出期望中絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望，由於a、b、c三相之間的線電壓存在如下關係Uab+Ubc+Uca = OUab為a、b相之間的線電壓(即Ua_Ub, Ua、Ub分別為a、b相的相電壓)，Ubc為 b、c相之間的線電壓、Uca為c、a相之間的線電壓，所以Uab，Ubc，Uca中符號和其他兩個相異的線電壓，即為該為三相線電壓中絕對值最大的線電壓，因為在後續的計算中需要找到的絕對值最大的線電壓同時為正，所以此時如果該絕對值最大的線電壓為負值時，則該絕對值最大線電壓輸出期望相關的兩相調換，比如當絕對值最大的線電壓為Uab，且為負值，則將a、b兩相調換得到Uba為絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望。找到絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望Uxy之後，例如Uab為該到絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望，需要根據Uab計算三相中各比較計數器比較值的大小，而Uab相關的兩相的比較計數器的比較值的差和Uab是線性對應關係，即Tb-Ta = TpXUab/Udc (以下簡稱公式I)，對應「當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」；或者Ta-Tb = Tp X Uab/Udc (以下簡稱公式2),對應「當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」。其中Ta、Tb分別為a、b相比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc直流側電壓(即VDC側直流電壓數值)，下同。當採用7段式PWM控制時，得到當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉時，由於零矢量的輸出對於線電壓沒有效果，平均分配零矢量(000)和(111)的作用時間(設定該時間為T0)，即TO =Ta，TO = Tp-Tb ;得到 Ta = Tp-Tb ;代入公式 1，則Ta = Tp X (1-Uab/Udc)/2Tb = TpX (1+Uab/Udc)/2Tc = Tb+Tp X (Ubc/Udc)或 Tc = Ta-Tp X (Uca/Udc)其導通方式參見附圖3。當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉時，由於零矢量的輸出對於線電壓沒有效果，平均分配零矢量(OOO)和(111)的作用時間(設定該時間為T0)，即TO = Ta,TO=Tp-Tb ;得到Ta = Tp-Tb ;代入公式2，則Ta = TpX (1+Uab/Udc)/2Tb = TpX (1-Uab/Udc)/2Tc = Tb-TpX (Ubc/Udc)或 Tc = Ta+Tp X (Uca/Udc)上述的方法採用了 7段式的方法在每個周期三相所有的開關管都要切換。而通過設定零矢量在一個周期內僅為(111)或(000)，本算法可以實現5段式的PWM控制，以減小開關損耗。以Uab為該到絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望為例，分為以下幾種情況(I)選取(000)為唯一零矢量·當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉時，由於零矢量的輸出對於線電壓沒有效果，僅使用(000)，其的作用時間設定為T0，即Ta = 0，代入公式1，則Ta = OTb = TpX (Uab/Udc)Tc = Tb-TpX (Ubc/Udc)或 Tc = Ta+Tp X (Uca/Udc)當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉時，由於零矢量的輸出對於線電壓沒有效果，僅使用(000)，其的作用時間設定為T0，即Ta = Tp，代入公式2，則Ta = Tp,Tb = TpX (1-Uab/Udc)Tc = Tb+Tp X (Ubc/Udc)或 Tc = Ta-Tp X (Uca/Udc)(2)選取(111)為唯一零矢量當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉時，由於零矢量的輸出對於線電壓沒有效果，僅使用(111)，其的作用時間設定為TOjp Tb = Tp，代入公式1，則Ta = TpX (1-Uab/Udc)Tb = TpTc = Tb-TpX (Ubc/Udc)或 Tc = Ta+Tp X (Uca/Udc)當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉時，由於零矢量的輸出對於線電壓沒有效果，僅使用(111)，其的作用時間設定為TOjp Tb = 0，代入公式2，則Ta = TpX (Uab/Udc),Tb = O ；Tc = Tb+Tp X (Ubc/Udc)或 Tc = Ta-Tp X (Uca/Udc)當該到絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望為Uab、Ubc、Uca是可以分別得到如下結果1、7段式PWM控制方式，當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉時
權利要求
1.一種三相PWM調製方法，其特徵在於，包括以下步驟第一步找到三相線電壓輸出期望中的絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望Uxy ；第二步，根據該絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望Uxy計算各相比較計數器的比較值；第三步將得到的各相比較值送入各相的比較計數器，進行三相PWM調製當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉，或者當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉。
2.根據權利要求I所述的三相PWM調製方法，其特徵在於，當採用7段式的PWM控制時，所述第二步的根據該絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望Uxy計算各相比較計數器的比較值通過以下方式實現對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中X、I、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = TpX (1-Uxy/Udc)/2,Ty = TpX (1+Uxy/Udc)/2,Tz = Tz+TpX (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)，式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望；或者，對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中x、y、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = Tp X (1+Uxy/Udc)/2,Ty = TpX (1-Uxy/Udc)/2,Tz = Tz-TpX (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)，式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望。
3.根據權利要求I所述的三相PWM調製方法，其特徵在於，當採用5段式的PWM控制時，所述第二步的根據該絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望Uxy計算各相比較計數器的比較值通過以下方式實現(I)當選取向量(000)為唯一零矢量時對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中X、I、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = O,Ty = TpX (Uxy/Udc),Tz = Ty+Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望；或者，對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中x、y、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = Tp,Ty = TpX (1-Uxy/Udc)Tz = Tz-TpX (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望；(3)當選取矢量(111)為唯一零矢量對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值大於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中x、y、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = TpX (Ι-Uxy/Udc)，Ty = Tp,Tz = Ty+Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望；或者，對應所述的第三步中，「當比較計數器的計數值小於其比較值時，對應相的上管導通下管關閉，當比較器的計數值大於其比較值時，對應相的下管導通上管關閉」的情況，PWM比較器中x、y、z三相的比較計數器的比較值通過如下公式計算Tx = TpX (Uab/Udc)，Ty = O,Tz = Ty-Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)式中，Tx為X相的比較計數器的比較值，Ty為y相的比較計數器的比較值，Tz為z相的比較計數器的比較值，Tp為PWM的周期，Udc為直流側電壓，Uxy為x相和y相之間的線電壓輸出期望，Uyz為y相和z相之間的線電壓輸出期望，Uzx為z相和x相之間的線電壓輸出期望。
4.根據權利要求I所述的三相PWM調製方法，其特徵在於，所述的第一步中，如果找到的三相線電壓輸出期望中的絕對值最大的線電壓輸出期望為負值，則將該絕對值最大線電壓輸出期望相關的兩相調換，得到所述絕對值最大的、且為正數的線電壓輸出期望Uxy。
5.根據權利要求4所述的三相PWM調製方法，其特徵在於，所述絕對值最大的線電壓輸出期望通過如下方式找到，找到三項線電壓輸出期望中和其他兩個相異的電壓即為絕對值最大的線電壓輸出期望。
全文摘要
本發明公開了一種三相PWM調製方法，其特徵在於，包括以下步驟，首先找到三相線電壓輸出期望中的絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望Uxy；然後，根據該絕對值最大、且為正數的線電壓輸出期望Uxy計算各相比較計數器的比較值；將得到的比較值送入比較計數器，進行三相PWM調製。本發明的三相PWM調製方法的電壓利用率和空間矢量PWM相同，本發明不使用三角函數，能提高微控制器系統的計算效率。
文檔編號H02M7/5387GK102916605SQ201110222349
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月4日 優先權日2011年8月4日
發明者付強 申請人:北京景新電氣技術開發有限責任公司