全數(shù)字單相三電平整流器控制電路設(shè)計

摘要：三電平整流器由于其獨特的優(yōu)點，受到了越來越多的重視。介紹了三電平橋式整流器的工作原理，并用數(shù)字信號處理器對其控制系統(tǒng)進行了實現(xiàn)，說明了全數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計的方法。仿真和實驗結(jié)果驗證了理論研究的結(jié)果。

    關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理器；三電平；PWM整流器；功率因數(shù)校正

引言

三電平（ThreeLevel，TL）整流器是一種可用于高壓大功率的PWM整流器，具有功率因數(shù)接近1，且開關(guān)電壓應(yīng)力比兩電平減小一半的優(yōu)點。文獻[1]及[2]提到一種三電平Boost電路，用于對整流橋進行功率因數(shù)校正，但由于二極管整流電路的不可逆性，無法實現(xiàn)功率流的雙向流動。文獻[3]，[4]及[5]提到了幾種三電平PWM整流器，盡管實現(xiàn)了三電平，但開關(guān)管上電壓應(yīng)力減少一半的優(yōu)點沒有實現(xiàn)。三電平整流器盡管比兩電平整流器開關(guān)數(shù)量多，控制復(fù)雜，但?具有兩電平整流器所不具備的特點：

1）電平數(shù)的增加使之具有更小的直流側(cè)電壓脈動和更佳的動態(tài)性能，在開關(guān)頻率很低時，如300～500Hz就能滿足對電流諧波的要求；

2）電平數(shù)的增加也使電源側(cè)電流比兩電平中的電流更接近正弦，且隨著電平數(shù)的增加，正弦性越好，功率因數(shù)更高；

3）開關(guān)的增加也有利于降低開關(guān)管上的電壓壓應(yīng)力，提高裝置工作的穩(wěn)定性，適用于對電壓要求較高的場合。

1 TL整流器工作原理

TL整流器主電路如圖1所示，由8個開關(guān)管V11～V42組成三電平橋式電路。假定u1=u2=ud/2，則每只開關(guān)管將承擔(dān)直流側(cè)電壓的一半。

以左半橋臂為例，1態(tài)時，當(dāng)電流is為正值時，電流從A點流經(jīng)VD11及VD12到輸出端；當(dāng)is為負值時，電流從A點流經(jīng)V11及V12到輸出端，因此，無論is為何值，均有uAG=uCG=＋ud/2，D1防止了電容C1被V11(VD11)短接。同理，在0態(tài)時，有uAG=0；在－1態(tài)時，有uAG=uDG=－ud/2，D2防止了電容C2被V22(VD22)短接。

右半橋臂原理類似，因此A及B端電壓波形如圖2所示，從而在交流側(cè)電壓uAB上產(chǎn)生五個電平：＋ud，＋ud/2，0，－ud/2，－ud。

每個半橋均有三種工作狀態(tài)，整個TL橋共有32=9個狀態(tài)。分別如下：

狀態(tài)0(1,1)開關(guān)管V11，V12，V31，V32開通，變換器交流側(cè)電壓uAB等于0，電容通過直流側(cè)負載放電，線路電流is的大小隨主電路電壓us的變化而增加或減小。

狀態(tài)1(1,0)開關(guān)管V11，V12，V32，V41開通，交流側(cè)輸入電

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