多电平变流器的移相PWM控制专用集成电路的研究

论文摘要

近年来,多电平变流器在中高压大功率变频调速、PWM可逆整流、电力系统谐波与无功补偿、太阳能和风力发电等领域都获得了越来越广泛的应用,有关多电平变流器的拓扑和控制方法及相关理论已经成为电力电子技术领域研究的热点。然而,有关多电平变流器PWM控制的专用集成电路的研究和发展相对比较滞后,与目前多电平变流器的各种拓扑结构、控制和应用的研究不相适应,在很大程度上阻碍了多电平变流技术的迅速发展。本文针对目前多电平变流器在国内外所面临的PWM控制专用集成电路的空白现状,研究开发一种基于CPLD的多电平变流器移相PWM专用集成控制电路,对单元级联型多电平变流器及移相PWM集成控制系统,从工作原理、控制系统设计、计算机仿真和样机实验等多个方面进行较为系统、全面和深入的研究。本文根据单元级联型多电平变流器移相PWM控制的需要,着重研究一种数字存储式移相PWM控制波形生成电路的全数字化集成设计方案,主要涉及生成多路移相PWM脉冲的数据存储格式、模式配置方式和CPLD分时复用控制时序设计;通过CPLD及外围硬件电路设计,研究提高频率分辨率的方法和措施;研究多电平变频器分段同步调制PWM输出波形及各频段之间的平稳切换问题。本课题以C8051F系列单片机和CPLD为控制核心,运用基于CPLD设计的移相PWM专用集成控制电路模块,研发了一种单元级联型中高压多电平变频器样机。通过大量的仿真和实验测试结果,证明了本系统方案的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 变频调速的发展与应用现状
• 1.2 多电平变流器的研究背景及意义
• 1.3 可编程逻辑器件的发展及应用
• 1.4 本论文的主要内容
• 第2章 多电平变流器移相PWM 控制方案的设计
• 2.1 多电平变流器的主电路拓扑及特点
• 2.1.1 二极管箝位式多电平变流器
• 2.1.2 飞跨电容型多电平变流器
• 2.1.3 单元级联式多电平变流器
• 2.2 多电平PWM控制技术及波形分析
• 2.2.1 两电平PWM控制技术
• 2.2.2 三电平PWM控制技术
• 2.2.3 多电平变换器PWM控制方法
• 2.3 单元级联式多电平变流器的移相PWM控制方案
• 2.3.1 移相PWM控制信号的产生原理
• 2.3.2 基于CPLD的数字存储式移相PWM控制方式
• 第3章 移相PWM 控制专用集成电路的硬件设计
• 3.1 单片机控制系统
• 3.1.1 C8051F015单片机简介
• 3.1.2 单片机控制功能概述
• 3.1.3 单片机电源转换电路
• 3.1.4 译码电路选择
• 3.2 基于CPLD的移相PWM集成控制系统
• 3.2.1 CPLD控制系统框图
• 3.2.2 CPLD器件的比较选择
• 3.3 多电平变流器主电路结构
• 3.4 提高频率分辨率的方法
• 3.5 系统的检测与保护单元
• 3.5.1 电压检测保护电路
• 3.5.2 电流检测保护电路
• 3.6 多电平变流器的驱动电路
• 第4章 移相PWM 控制系统的软件设计及实验结果
• 4.1 单片机系统软件设计
• 4.1.1 主程序流程
• 4.1.2 子程序控制流程
• 4.1.3 中断服务程序流程
• 4.2 CPLD系统设计与编程
• 4.2.1 MAX+PLUSII软件简介
• 4.2.2 CPLD实现移相PWM控制软件流程
• 4.3 频段切换问题及解决方案
• 4.4 系统的实验结果及波形分析
• 4.4.1 实验样机的构成
• 4.4.2 双单稳延时波形
• 4.4.3 系统控制信号波形
• 4.4.4 实验波形及数据分析
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢