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數字化實現之(1)-PWM外設簡介及MCC配置介紹
數字化實現之(2)-單端功率變換器的實現方法
數字化實現之(3)-Interleaved PFC PWM Implement
數字化實現之(4)-Totem Pole PFC Implement
數字化實現之(5)-Three Phase Vienna PFC Implement
數字化實現之(6)-半橋LLC控制
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數字化實現之(5)-Three Phase Vienna PFC Implement

關于三相維也納PFC的專題請參考《三相Vienna拓撲技術分享》系列文章,這里不做更多的介紹,主要介紹PWM實現方法。根據之前的介紹,可以采用兩種發波方式,一種是常規的PWM發波方式;一種是矢量PWM發波方式。這里重點介紹矢量PWM發波方式。

矢量PWM發波方式就是采用相位相差180度的高頻三角載波,如下圖所示,當對應的輸入電壓是正半周的時候,采用Trg1;當對應的輸入電壓是負半周的時候,采用Trg2。以0-60°扇區為例,u和w相電壓為正,v相電壓為負,因此,iu、iw電流指令與Trg1進行比較,iv電流指令與Trg2進行比較。每個周期產生8個開關狀態,與傳統的控制方案產生4個開關狀態相比,8個開關狀態相當于頻率翻倍,減小了輸入電流的紋波,對THD指標有好處.

一般情況下,DSP PWM模塊的載波方式不能改變,無法使DSP產生幅值相同、相移180度的載波時基。所以采用TI C2000實現的方法是:DSP采用增減計數,如果交流輸入電壓為正,則將相應的PWM引腳電平轉換方式刷新為“低電平(Active Low)”,同時,將電流控制器的輸出折算成脈寬值賦給相應的比較寄存器;如果交流輸入電壓為負,則將相應的PWM引腳電平轉換方式刷新為“高有效(Action High)”。將PI輸出折算的比較寄存器的值換算成正載波對應的比較寄存器的值。換算關系為:CMPR+=T1PR-CMPR-,以此來模擬載波產生180度的相移。

但是在正負周期切換的過程中可能會出現電流波形跌落,驅動波形有一個周期的畸變。主要是在切換的瞬間,占空比發生了畸變,由于Vienna電路的電流也是靠控制占空比調節電感兩端的伏秒積來調節電流斜率的,占空比畸變就會導致電感兩端的伏秒積發生突變,從而導致電流發生畸變。

那么矢量發波切換為什么會造成占空比畸變?

正載波占空比:D+=COMP/PRD;

負載波占空比:1-D_=(PRD-COMP)/PRD ——>D_=COMP/PRD

正載波和負載波都滿足相同的控制邏輯,但是在切換時,由于切換點的不同會導致多種占空比畸變,在這里有兩點需要注意:

  1. 切換載波發生的時刻,CAU,CAD即可進行賦值;
  2. COMP分別在過零點和PRD處裝載。

所以載波切換點不同,占空比畸變也會不同。

比如正載波向負載波切換時:

(1)PRD在UP過程中0~COMP之間切換,MOSFET導通占空比多出Ts/2。

(2)PRD在UP過程中COMP~PRD之間切換,MOSFET關斷占空比多了Ts/2。

(3)PRD在DOWN過程中COMP~PRD之間切換,MOSFET關斷占空比多了Ts/2。

(4)PRD在DOWN過程中COMP~0之間切換,MOSFET導通占空比多出Ts/2。

負載波向正載波切換時:

(1)PRD在UP過程中0~COMP之間切換,MOSFET關斷占空比多了Ts/2。

(2)PRD在UP過程中COMP~PRD之間切換,MOSFET導通占空比多出Ts/2。

(3)PRD在DOWN過程中COMP~PRD之間切換,MOSFET導通占空比多出Ts/2。

(4)PRD在DOWN過程中COMP~0之間切換,MOSFET關斷占空比多了Ts/2。

所以無論是正半周期切換負半周期,還是負半周期切換正半周期,切換點是高電平,就會多Ts/2的高電平,切換點是低電平就會多Ts/2的低電平。

從載波切換原理上,我們不大可能消除占空比失調部分,VPFC可以調節的范圍也很小,可以變化的只有PFC電感感量,增大感量可以減少電流跌落,同時切換點的占空比伏秒平衡決定,當輸入電壓過零點時,輸入電壓接近0,而且電流正弦波在這里有上升最大斜率,所以電感兩端需要最大的伏秒積差,占空比接近1,(1-DTs)/2最小,所以必須首先應該選擇電壓過零點切換,同時要過零點的占空比要盡可能的接近1,所以我們必須做兩個工作:

  1. 盡量將矢量發波的切換點調節到相電壓過零點;
  2. 調節電流環路參數,使電流環盡可能的快,從而使電壓過零時電流環PIOUT可以接近1。

在三相ViennaPFC中,采用矢量PWM控制方法時,當Vac ZCD發生時,PI環計算出來的電流值需要與移相180度的載波進行比較,在dsPIC33CK中比較容易實現載波移相。

可以將PWM1配置為中心對齊,互補輸出模式,在正載波切換到負載波的時候將PWMH和PWML進行交換(SWAP=1),同時將負載波占空比按照正載波的換算關系對應起來。

測試波形如下,PWM2H主要用于觀察周期。

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