基于CPLD的级联型多电平变频器脉冲发生器的设计-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

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,可采用砜丶际酰员苊獗恐睾哪艿淖枞菸盏缏贰１疚闹饕樯芑谠夭ㄒ葡嗟髦品椒ǖ募读腿辔宓缙奖淦灯鞯腜WM脉冲发生器的实现方法。

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。

&nbs

p;

图3 DSP与CPLD的控制框图

CPLD接入DSP的时钟CLK,以实现时钟一致,dt0,dt1,dt2,dt3为DSP的四根地址线,用来选通CPLD中十二路PWM脉冲发生器的一路,int为中断信号,每隔四分之一个载波周期Tc发一次,we为DSP的写信号,只有当we与csn(n=1～12)同时为低电平时Data才能写入影子寄存器,其中csn为四根地址线译码后的输出,如图4所示。

图4 PWM发生器原理图

显然,同一相的八个开关管只需四路载波,而处于三相同一位置的开关管其载波相同,故可共用一个基准计数器。下面就图4介绍PWM发生器的原理。图4中的基准计数器为一加减计数器,其计数总值为一个载波周期TC,而比较寄存器中为脉宽值,当基准计数器计数的值与比较寄存器相等时,比较器输出产生电平翻转,每当基准计数器计数到零时,产生一个使能信号把影子寄存器中的脉宽值送入比较寄存器。由比较器输出的原始PWM波经死区发生器后产生上下桥臂互补的两路PWM波。

4 VerilogHDL设计与仿真

根据图4的原理图,应用VerilogHDL硬件描述语言进行设计。本文

选用Altera公司的EPF10K30A系列的CPLD,通过MAX+PLUSⅡ软件仿真,图5所示为A相8路PWM驱动信号。波型表明,同一桥臂上下两路信号在逻辑上满足互补关系,并有一定的死区时间,实现“先断后通”,不同桥臂之间的相位正确。

点击看原图

图5 A相PWM仿真波形图

图6为根据上述原理,利用MATLAB/SIMULINK仿真的相电压五电平波形,其中调制比为0.9,载波比为32。

&nb

sp; 图6 相电压五电平仿真波形

5 结束语

级联型多电平变频器其PWM驱动信号很难由单一的DSP或单片机完成。本文设计的由DSP与CPLD构成的PWM脉冲发生器较好的解决了这一问题,在级联型多电平变频器中有比较好的应用前景。

参考文献

[1]王立乔,张仲超.基于相移SPWM技术的级联型多电平变流器[J].高电压技术,2002,7:17～18.

[2] 韩安荣.通用变频器及其应用[M].北京:机械工业出版社,2000.

关键字：CPLD 变频器脉冲发生器编辑：探路者引用地址：基于CPLD的级联型多电平变频器脉冲发生器的设计

上一篇：非同步升压转换器方案，打造全新汽车启停系统
下一篇：基于 RFFC2071的变频器设计

推荐阅读最新更新时间：2023-10-12 22:45

基于单片机与CPLD的步进电机PWM驱动技术

步进电动机是一种将数字信号转换为位移(或直线位移)的机电执行元件，每当输入一个脉冲时，转轴便转过一个固定的机械角度，他具有快速起停、精确步进、没有积累误差且能直接接收数字信号的特点，在数字控制系统中得到了广泛的应用。步进电机的运动性能和他的驱动器有密切的关系，驱动器的性能的优劣直接影响到步进电机运行的好坏。细分驱动方式可以减小步进电机的步矩角，提高分辨率，使电机运行更加平稳均匀，可以减小或消除低频振动。利用恒流和细分驱动技术可以大大提高步进电机的步矩分辨率，减小转矩波动，避免低频共振及降低运行噪声。通常的步进电机控制方法是采用CPU配合专用的步进电机驱动控制器来实现，存在成本高、不同种类的电动机必须要有相应的驱动控制器与之配对的问

[单片机]

低压变频器在化工行业的应用

　　化工行业变频器市场主要来自设备配套和改造项目，大概各占40%，其余来自零部件和更换。　　在化工行业，变频器主要用于风机、泵类和机械调速设备中。化工行业分支多，生产过程差异大，所用的变频器功率范围非常宽，从低于1KW到几千千瓦的变频器产品都有使用。　　化工行业变频器的运用差异性大，各种档次的产品在本行业都能发现对应的用户，因此化工行业是变频器品牌最复杂的行业，几乎所有的品牌在化工行业都有市场。　　泵类　　在化工行业中，输料的输送都离不开泵，大多情况下都需对流量（压力）进行调节，以往都是采用节流阀门（定压泵）或分流阀门（定容积泵）调节流量，节流损失或分流损失都是多余的功耗，如采用变频调速器直接调节泵的压力、流量，即可节约大

[嵌入式]

基于CPLD的光伏逆变器锁相及保护电路设计

　　 0 引言　　在光伏并网系统的逆变器电路中，对电网电压的锁相是一项关键技术。由于电力系统在工作时会产生较大的电磁干扰，因此，其简单的锁相方法很容易受到干扰而失锁，从而导致系统无法正常运行。在这种情况下，设计采用对电网电压进行过零检测后再将信号送人CPLD，然后由CPLD实现对电网电压进行数字锁相的方法，可以有效地防止相位因干扰而发生抖动或者失锁的现象，保证系统的正常运行。另外，本系统还使用CPLD对DSP产生的PWM波控制信号和系统运行时的各项参数进行监控，一旦发现异常，立即使系统停机，并通知DSP发生异常，从而实现了对系统的硬件保护。　　1 系统整体结构组成　　本文所介绍的设计方法是5 kW光伏并网

[电源管理]

基于AVR和CPLD的高速数据采集系统

输入系统的信息大多数是模拟量，为使计算机能够处理这些模拟量，必须经由数据采集系统将模拟量转化为数字量。CPLD是在PAL、GAL等逻辑器件的基础上发展起来的，CPLD的规模比较大，适合于时序、组合等逻辑电路的应用场合，它的高集成度能力大大缩小电路板的尺寸，降低了系统的成本，而且能够提高系统的性能和可靠性。对于一个成型的探测系统而言，通常都是有采集储存部分的，无论是电信号、光信号、声音信号、磁信号等在被探测器接收到后大部分都需要转化为数字信号传给处理器才能完成分析、判断的过程。对于需要高速采集并存储的系统，常常需要购买昂贵的高速采集卡等设备，在基于CPLD、AVR等控制高速ADC、储存等技术的基础上，本文设计低成本、高速采集存

[单片机]

基于AVR和<font color='red'>CPLD</font>的高速数据采集系统

利用FPGA进行高速可变周期脉冲发生器设计

　　 1 概括要求改变脉冲周期和输出脉冲个数的脉冲输出电路模块在许多工业领域都有运用。采用数字器件设计周期和输出个数可调节的脉冲发生模块是方便可行的。为了使之具有高速、灵活的优点，本文采用atelra公司的可编程芯片FPGA设计了一款周期和输出个数可变的脉冲发生器。经过板级调试获得良好的运行效果。　　 2 总体设计思路　　脉冲的周期由高电平持续时间与低电平持续时间共同构成，为了改变周期，采用两个计数器来分别控制高电平持续时间和低电平持续时间。计数器采用可并行加载初始值的n位减法计数器。设定：当要求的高电平时间以初始值加载到第一个减法器中后，减法器开始减计数，计数到零时自动停止，同时启动第二个记录低电平

[嵌入式]

利用FPGA进行高速可变周期<font color='red'>脉冲发生器</font>设计

HIVERT高压变频器对煤矿行业的改造

　　引言　　我国煤矿开采仅在2005年即耗能5086.81×10△t标准煤,耗电376.04×108kW·h, 分别占全国总耗能量和总耗电量的3.86%和3.49%。所以，煤炭工业既是产能大户,又是耗能大户，同时也是节能潜力大户。目前我国煤矿行业存在电机启动困难、机械损伤严重以及自动化程度低等问题迫切需要利用变频技术进行节能降耗。据统计，按节电率30%计，采用变频调速技术年节电潜力至少为10×108～15×108kW·h。所以，利用变频技术对现有电机设备进行节能改造，是解决我国煤炭工业高消耗、低效益的措施。　　HIVERT高压变频器对煤矿现场的改造　　1、矿井提升机　　作为矿井井下和地面的工作机械，提升机"

[电源管理]

HIVERT高压<font color='red'>变频器</font>对煤矿行业的改造

基于CPLD／PPGA的出租车计费系统

随着EDA技术的高速发展，电子系统的设计技术和工具发生了深刻的变化，大规模可编程逻辑器件CPLD／FPGA的出现，给设计人员带来了诸多方便。利用它进行产品开发，不仅成本低、周期短、可靠性高，而且具有完全的知识产权。本文介绍了一个以Altera公司可编程逻辑芯片EPM7128SLC84-15为控制核心、附加一定外围电路组成的出租车计费器系统。 1 系统组成基于CPLD／FPGA的出租车计费器的组成如图1所示。各部分主要功能如下：(1)A计数器对车轮传感器送来的脉冲信号进行计数(每转一圈送一个脉冲)。不同车型的车轮直径可能不一样，通过“设置1”对车型做出选择，以实现对不同车轮直径的车进行调整。(2)B计数器对百米脉冲进行累加，并输

[工业控制]

基于<font color='red'>CPLD</font>／PPGA的出租车计费系统

三菱PLC和变频器通讯案例

Modbus是Modicon公司为其PLC与主机之间的通讯而发明的串行通讯协议。其物理层采用RS232、485等异步串行标准。由于其开放性而被大量的PLC及RTU厂家采用。Modbus通讯方式采用主从方式的查询－相应机制，只有主站发出查询时，从站才能给出响应，从站不能主动发送数据。主站可以向某一个从站发出查询，也可以向所有从站广播信息。从站只响应单独发给它的查询，而不响应广播消息。MODBUS通讯协议有两种传送方式:RTU方式和ASCII方式。三菱700系列变频器能够从RS-485端子使用ModbusRTU通讯协议，进行通讯运行和参数设定。对象： 1. 三菱PLC：FX2N+FX2N-485-BD 2. 三菱变频器：F700

[嵌入式]

热门资源推荐
热门放大器推荐

小广播

热门活动

换一批

■PI 电源小课堂|无 DC-DC 变换实现多路高精度输出反激电源

■有奖直播报名:大联大世平集团&恩智浦 | AI 无所不在，单板电脑也可以

■2024 瑞萨电子MCU/MPU工业技术研讨会——深圳、上海站，火热报名中

■Follow me第二季第4期来啦！与得捷一起解锁蓝牙/Wi-Fi板【Arduino Nano RP2040 Connect】超能力！

Vishay线上图书馆

白皮书技术文章视频热门推荐