基于双口RAM的PWM整流器的研究

摘要：本文运用空间矢量PWM(SVPWM)的基本原理,设计了运用双口RAM的PWM整流器,进一步提高了数字信号处理器的运算速度,降低了THD值。通过软硬件结合,在实验平台上进行了实际的调试和验证。实验证明,该系统实现算法简单,控制精度高,输入电流谐波失真小,有较强的实时性。

引 言

随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中出现了越来越多的电力电子变流装置 与非线性负载，尤其是二极管、晶闸管等不可控整流系统与电网直接连接时，会引起电网电 压、电流的畸变，导致电力污染，是最主要的谐波污染源。因此减少直至消除谐波污染是电 力电子技术研究领域一个重要的研究方向。

电压空间矢量脉宽调制（简写为 SVPWM）最突出的优势是直流利用率较之常规的 SVPWM 控制方法提高了约１５％，而且，不同的调制方法将使开关损耗得到不同程度的 减小.该控制方法的问题之一是运算较复杂，需要进行abc/αβ转换，三角函数运算，开关 矢量的合成等。这些设计任务全部由一个DSP 承担，从而限制了运算速度，使得到的波形 不够理想。

本文采用双口 RAM 设计的PWM 整流器，将开关矢量合成及PWM 脉冲的生成独立出 来，由另一个单片机完成。并使单片机与DSP 能并行处理，大大提高了运算速度，使整流 器的输入电流波形谐波大大减少。

1 矢量空间法的基本思想

1.1 空间矢量调制

1.2 扇区的判断

则合成参考电压矢量的空间矢量在各个扇区内的作用时间如表2 所示。1 T 和2 T 在各个扇区 的值具有规律性：第Ⅰ扇区的矢量作用时间1 T 、2 T 和第Ⅵ扇区的1 T 、2 T 相同，第Ⅲ和第Ⅳ 扇区，第Ⅱ和第Ⅴ扇区内也分别有类似的对应关系。

开关矢量的确定

根据一个开关周期中插入零矢量方式的不同 ,常用的空间电压矢量有三段式和七段式 合成方法。为保证系统在各种情况下 ,每次切换都只涉及一个开关器件 ,本文采用的七段式 空间矢量合成方式为:每个零矢量均以(000)开始和结束 ,中间的零矢量为(111) ,非零矢量的 顺序保证每次只有一个开关切换 ,如表1 所示。

2 硬件及软件设计

本文运用双口RAM ITD7134，TMSVC33 数字信号处理器与单片机PIC1*。其中 TMSVC33 作为数字信号处理器，主要完成abc/αβ转换，PI 调节，计算出T0，T1，T2。 PIC1* 作为空间矢量发生器，作用是发出脉冲，产生SPWM 信号，控制IGBT 的通断。 这样做的目的是为了提高DSP 的运算速度。另一方面，TMSVC33 进行的是浮点运算，比以 往的定点运算速度要提高很多。本方案采用双口RAM 使两者协调工作，提高了开关频率， 降低了THD 值，使所得到的波形更加理想。

图2 为本方案的控制电路原理图：主电路通过电压电流传感器和控制电路的A/D 模数转换器相连。模拟信号变成数字信号后，经过DSP 数字信号处理器处理。处理后的数据存入双 口RAM，空间矢量发生器读出数据，通过程序控制，发出脉冲，控制主电路六个IGBT 的导 通和关断。由TMS320VC33 执行如下任务：

1．把三相相电压采样转变成数字信号，并进行abc/αβ转换。

2．把三相电流采样转变成数字信号，进行abc/αβ转换。

3．按给定的Uout 判断扇区，在开关频率15K 的条件下，计算出T0，T1，T2，，并存入双 口RAM，然后返回步骤1，重新开始。

由单片机并行完成如下任务：

4．采用空间矢量发生器，读出双口RAM 在开关频率15K 下的T0，T1，T2，根据空间矢 量开关规律，发出脉冲，产生SPWM 信号，控制IGBT 的通断。

下图 3 示出SVPWM 中断子程序流程图。

3 实验结果

图4 示出输入输出的实测波形。其中三相输入线电压有效值为220V，输出直流电压为 450V，系统负载为70Ω，左侧图形为输入的交流电压、电流波形，功率因数非常接近1。 右侧图形为输出直流电压、输入电流波形，实测结果为直流电压稳定在450V，电流波形实 测THD 值约为5.1%，电流幅值约为4A。

4 结 论

本方案采用双口RAM，把TMSVC33 数字信号处理器与单片机PIC1* 相连，使两者 并行协调工作，其控制算法简单，软件编程方便，实现起来比较容易。经实验验证，输入的 电流谐波失真度小，功率因素接近1，直流电压的利用率高，可以代替小功率的二极管整流 和可控硅整流。

本文创新点：采用双口RAM 设计的PWM 整流器，将开关矢量合成及PWM 脉冲的生 成独立出来，使单片机与DSP 能并行处理，提高了运算速度，减少了谐波。

[1].TMS320VC33 datasheethttp:///datasheet/TMS320VC33+_688528.html.