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3相3级逆变器实现中心对齐SVPWM的方法
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2017-11-16
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摘要
空间矢量脉宽调制（SVPWM）广泛用于3相逆变器控制系统。SVPWM MCU实现的最有效方法是中心对齐PWM，因为MCU中的PWM模块可轻松产生中心对齐PWM。本文将讨论SVPWM实现方法，并介绍一种轻松实现中心对齐SVPWM的方法，其适合于片上PWM模块。
1 引言
SVPWM广泛用于3相逆变器控制系统，原因是它比正弦脉宽调制（SPWM）拥有更高的DC侧电压利用效率。尽管SVPWM具有许多优势，但是它难以实现。最难的因素是计算每个功率开关的占空比，以及确定每个开关周期的矢量扇区和脉冲序列。许多文章都介绍了3相2级逆变器的占空比计算方法，并且我们可以使用许多方法来计算出矢量序列（例如，中心对齐方法，它可以在MCU平台中轻松地实现）。
为了改善3相逆变器的系统效率，3级或者多级逆变器正变得越来越流行。相比2级逆变器，3级逆变器拥有更多的功率开关（最多可达12个）；这就意味着，3级逆变器比2级逆变器拥有更多的矢量扇区。因此，相比2级逆变器，3级逆变器SVPWM的占空比计算和矢量计算更加复杂。
本文［1］介绍了一种计算矢量扇区的简单方法。计算过程总共只有2步，第1步把整个矢量分为6个主要扇区。这一步与2级逆变器的扇区计算方法非常类似。第2步，把基准扇区重新定位至这6个扇区之一中，然后把这个主扇区分为6个子扇区。这种计算方法可用于2级逆变器，用于确定有效矢量和计算其停顿时间。但是，我们还没有讨论每个开关周期的矢量序列，并且占空比计算方法很难在MCU应用中实现。本文［2］把相同方法用于计算矢量。重新定位的零矢量作为2级逆变器的零矢量，则得到的矢量序列与2级逆变器一样。在实现过程中，MCU用于产生序列信号，并把外围逻辑电路用于每个功率开关的已实现PWM生成。我们并未介绍没有外围逻辑电路且适合于MCU实现的方法。
SVPWM MCU实现的最有效方法是中心对齐PWM，因为MCU的PWM模块可轻松地产生中心对齐PWM。本文将基于［1］和［2］所述方法，讨论SVPWM实现，并介绍实现中心对齐SVPWM的一种简单方法，其适合于片上PWM模块。
2 3相3级逆变器的基本SVPWM原理
图1显示了中点箝位（NPC）型3相3级逆变器的硬件拓扑。
图1 NPC 3相3级逆变器的硬件拓扑
图1中，共有3个NPC腿（R、S和T）；每个腿包括4个功率开关。每个腿的4个功率开关必须在两个补偿对中得到控制。Qx1、Qx3（x = R，S，T）为一个补偿对，Qx2、Qx4为另一对。因此，对于每个腿而言，它可通过4个功率开关输出3个不同相位的电压状态。
空间矢量脉宽调制（SVPWM）广泛用于3相逆变器控制系统。SVPWM MCU实现的最有效方法是中心对齐PWM，因为MCU中的PWM模块可轻松产生中心对齐PWM。本文将讨论SVPWM实现方法，并介绍一种轻松实现中心对齐SVPWM的方法，其适合于片上PWM模块。
1 引言
SVPWM广泛用于3相逆变器控制系统，原因是它比正弦脉宽调制（SPWM）拥有更高的DC侧电压利用效率。尽管SVPWM具有许多优势，但是它难以实现。最难的因素是计算每个功率开关的占空比，以及确定每个开关周期的矢量扇区和脉冲序列。许多文章都介绍了3相2级逆变器的占空比计算方法，并且我们可以使用许多方法来计算出矢量序列（例如，中心对齐方法，它可以在MCU平台中轻松地实现）。
为了改善3相逆变器的系统效率，3级或者多级逆变器正变得越来越流行。相比2级逆变器，3级逆变器拥有更多的功率开关（最多可达12个）；这就意味着，3级逆变器比2级逆变器拥有更多的矢量扇区。因此，相比2级逆变器，3级逆变器SVPWM的占空比计算和矢量计算更加复杂。
本文［1］介绍了一种计算矢量扇区的简单方法。计算过程总共只有2步，第1步把整个矢量分为6个主要扇区。这一步与2级逆变器的扇区计算方法非常类似。第2步，把基准扇区重新定位至这6个扇区之一中，然后把这个主扇区分为6个子扇区。这种计算方法可用于2级逆变器，用于确定有效矢量和计算其停顿时间。但是，我们还没有讨论每个开关周期的矢量序列，并且占空比计算方法很难在MCU应用中实现。本文［2］把相同方法用于计算矢量。重新定位的零矢量作为2级逆变器的零矢量，则得到的矢量序列与2级逆变器一样。在实现过程中，MCU用于产生序列信号，并把外围逻辑电路用于每个功率开关的已实现PWM生成。我们并未介绍没有外围逻辑电路且适合于MCU实现的方法。
SVPWM MCU实现的最有效方法是中心对齐PWM，因为MCU的PWM模块可轻松地产生中心对齐PWM。本文将基于［1］和［2］所述方法，讨论SVPWM实现，并介绍实现中心对齐SVPWM的一种简单方法，其适合于片上PWM模块。
2 3相3级逆变器的基本SVPWM原理
图1显示了中点箝位（NPC）型3相3级逆变器的硬件拓扑。
图1 NPC 3相3级逆变器的硬件拓扑
图1中，共有3个NPC腿（R、S和T）；每个腿包括4个功率开关。每个腿的4个功率开关必须在两个补偿对中得到控制。Qx1、Qx3（x = R，S，T）为一个补偿对，Qx2、Qx4为另一对。因此，对于每个腿而言，它可通过4个功率开关输出3个不同相位的电压状态。
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