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(xiàn)方法。根據(jù)之前的介紹,可以采用兩種發(fā)波方式,一種是常規(guī)的PWM發(fā)波方式;一種是矢量PWM發(fā)波方式。這里重點介紹矢量PWM發(fā)波方式。
矢量PWM發(fā)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(qū)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(chǎn)生8個開關狀態(tài),與傳統(tǒng)的控制方案產(chǎn)生4個開關狀態(tài)相比,8個開關狀態(tài)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(chǎn)生幅值相同、相移180度的載波時基。所以采用TI C2000實現(xiàn)的方法是:DSP采用增減計數(shù),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(chǎn)生180度的相移。
但是在正負周期切換的過程中可能會出現(xiàn)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(fā)生了畸變,由于Vienna電路的電流也是靠控制占空比調節(jié)電感兩端的伏秒積來調節(jié)電流斜率的,占空比畸變就會導致電感兩端的伏秒積發(fā)生突變,從而導致電流發(fā)生畸變。
那么矢量發(fā)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:
- 切換載波發(fā)生的時刻,CAU,CAD即可進行賦值;
- 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(jié)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:
- 盡量將矢量發(fā)波的切換點調節(jié)到相電壓過零點;
- 調節(jié)電流環(huán)路參數(shù),使電流環(huán)盡可能的快,從而使電壓過零時電流環(huán)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(fā)生時,PI環(huán)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(xiàn)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。