解决单相全桥逆变电路桥臂开关发热不均的PWM输出法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102611348 A (43)申请公布日 2012.07.25 C N 1 0 2 6 1 1 3 4 8 A *CN102611348A* (21)申请号 201210076037.3 (22)申请日 2012.03.21 H02M 7/5387(2007.01) H02M 1/32(2007.01) (71)申请人福州大学 地址 350108 福建省福州市闽侯县上街镇大 学城学园路2号福州大学新区 (72)发明人王榕生 汤宁平 黄灿水 林珍 (74)专利代理机构福州元创专利商标代理有限 公司 35100 代理人蔡学俊 (54) 发明名称 解决单相全桥逆变电路桥臂

2、开关发热不均的 PWM输出法 (57) 摘要 本发明涉及一种解决单相全桥逆变电路桥臂 开关发热不均的PWM输出法，其特征在于：让两桥 臂以调制波周期T为间隔轮换交替输出PWM波与 方波电压。解决了两桥臂开关因工作频率悬殊导 致发热不均的问题，让过热开关显著降温，有效克 服过热导致的IGBT功率开关器件的故障，有利于 提升开关器件的可靠性，延长使用寿命。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书2页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种解决单相全桥逆变电路桥臂开关发热不均的PWM输出法

3、，其特征在于：让两桥 臂以调制波周期T为间隔轮换交替输出PWM波与方波电压。 2.根据权利要求1所述的解决单相全桥逆变电路桥臂开关发热不均的PWM输出法，其 特征在于：每个桥臂中的两个串联开关IGBT的控制极分别通过驱动电路受控于DSP控制 器，由DSP控制所述的两桥臂输出PWM波与方波电压。 3.根据权利要求2所述的解决单相全桥逆变电路桥臂开关发热不均的PWM输出法，其 特征在于：所述的控制是先设置一轮换控制变量，该变量具有两种逻辑值，分别代表前后两 个调制波周期，以供系统判断当前处于何种调制波周期；通过DSP的事件管理器EVA中的比 较寄存器CMPR1、CMPR2分别控制左桥臂和右桥臂的P

4、WM输出；具体方法为：设置一定时器 T1为增减计数工作模式，该定时器T1的周期寄存器T1PR值设为载波周期值T C 的二分之一， 当计数器T1CNT的计数值发生下溢或周期匹配时，系统转入中断服务子程序中进行PWM实 时计算；在中断服务子程序中，如果当前的PWM计算处于调制波的前一周期，则根据单极型 SPWM计算方法实时计算每一载波周期的PWM脉宽所对应的比较值，并将该值存入比较寄存 器CMPR1中，使左桥臂输出PWM电压波；对另一比较寄存器CMPR2的赋值分两个阶段，如果 当前计算处于调制波的前半周期，则赋值为载波周期值T C 的二分之一，使右桥臂输出低电 位；如果当前计算处于调制波的后半周期

5、，则赋值为零，使右桥臂输出高电位，于是右桥臂 输出工频方波；当系统完成前一调制波周期的PWM计算，转入下一周期时，将上述分别针对 比较寄存器CMPR1与CMPR2的不同处理方法对调，则两桥臂输出波形亦随即改变，即左桥臂 输出工频方波，右桥臂输出PWM波。 权 利 要 求 书CN 102611348 A 1/2页 3 解决单相全桥逆变电路桥臂开关发热不均的 PWM 输出法 技术领域 0001 本发明涉及电机与电器、电力电子、DSP技术等控制领域，特别是一种解决单相全 桥逆变电路桥臂开关发热不均的PWM输出法。 背景技术 0002 单相DC-AC逆变通常采用单相全桥电路实现，电路由两个桥臂构成，如

6、图1所示。 在逆变过程中一桥臂固定输出单极型PWM电压（左侧桥臂a点电压波），另一桥臂则固定输 出工频（50/60HZ）交变方波电压（右侧桥臂b点电压波），两桥臂a、b间电压U ab 经LC滤波 后即为纯净的单相正弦交流输出电压U AB ，该电压以调制波频率作周期变化。 0003 然而PWM电压变化频率通常在几KHZ以上，为此要求功率半导体开关器件IGBT作 相应频率的开关动作，由此产生的开关损耗与开关频率密切相关，频率越高则损耗越大。损 耗使器件温度升高，对可靠性及寿命极为不利。由此可见，现有逆变技术中固定输出PWM电 压的桥臂开关一直处于高频通断的工作状态下，发热严重，故障发生率高；另一桥

7、臂因固定 输出工频交变方波，其开关处于低频通断工作状态，发热较低。因此，现有逆变输出方式因 两桥臂工作频率悬殊，存在着两桥臂开关发热不均的弊端。 发明内容 0004 本发明的目的是提供解决单相全桥逆变电路两桥臂开关发热不均的PWM电压输 出方法。 0005 本发明采用以下技术方案实现：一种解决单相全桥逆变电路桥臂开关发热不均的 PWM输出法，其特征在于：让两桥臂以调制波周期T为间隔轮换交替输出PWM波与方波电 压。 0006 在本发明一实施例中，每个桥臂中的两个串联开关IGBT的控制极分别通过驱动 电路受控于DSP控制器，由DSP控制所述的两桥臂输出PWM波与方波电压。 0007 在本发明一实

8、施例中，所述的控制是先设置一轮换控制变量，该变量具有两种逻 辑值，分别代表前后两个调制波周期，以供系统判断当前处于何种调制波周期；通过DSP的 事件管理器EVA中的比较寄存器CMPR1、CMPR2分别控制左桥臂和右桥臂的PWM输出；具 体方法为：设置一定时器T1为增减计数工作模式，该定时器T1的周期寄存器T1PR值设为 载波周期值T C 的二分之一，当计数器T1CNT的计数值发生下溢或周期匹配时，系统转入中 断服务子程序中进行PWM实时计算；在中断服务子程序中，如果当前的PWM计算处于调制 波的前一周期，则根据单极型SPWM计算方法实时计算每一载波周期的PWM脉宽所对应的 比较值，并将该值存入

9、比较寄存器CMPR1中，使左桥臂输出PWM电压波；对另一比较寄存器 CMPR2的赋值分两个阶段，如果当前计算处于调制波的前半周期，则赋值为载波周期值T C 的 二分之一，使右桥臂输出低电位；如果当前计算处于调制波的后半周期，则赋值为零，使右 桥臂输出高电位，于是右桥臂输出工频方波；当系统完成前一调制波周期的PWM计算，转入 下一周期时，将上述分别针对比较寄存器CMPR1与CMPR2的不同处理方法对调，则两桥臂输 说 明 书CN 102611348 A 2/2页 4 出波形亦随即改变，即左桥臂输出工频方波，右桥臂输出PWM波。 0008 本发明解决了单相全桥逆变电路两桥臂开关因工作频率悬殊导致发

10、热不均的问 题，让过热开关IGBT显著降温，有效克服过热导致的开关器件故障，有利于提升开关器件 的可靠性，延长使用寿命。 附图说明 0009 图1是DC-AC逆变单相全桥电路示意图。 0010 图2是DSP控制主程序流程示意图。 0011 图3是桥臂轮换法生成单相单极型SPWM中断子程序流程示意图。 具体实施方式 0012 本实施例提供一种解决单相全桥逆变电路两桥臂开关发热不均的PWM电压输出 方法，该方法是让两桥臂以调制波周期T为间隔轮换交替输出PWM波与方波电压。即前一 周期器让图1左侧桥臂输出PWM波电压，右侧桥臂输出方波电压，下一周期让左侧桥臂输出 方波电压，右侧桥臂输出PWM波电压，

11、如此轮换交替的输出方式，不仅保持了输出电压波形 不变，又使两桥臂开关发热达到均衡，让过热开关显著降温，有效克服过热导致的开关器件 故障问题。 0013 下面我们以DSP控制器控制实现为例实现单相全桥逆变电路两桥臂轮换输出PWM 波与方波电压。每桥臂中的两个串联开关IGBT控制极分别通过驱动电路连接到DSP器件 的PWM1PWM4四个引脚。由DSP的事件管理器EVA中的比较寄存器CMPR1、CMPR2分别控 制图1的左桥臂与右桥臂的PWM输出。设置定时器T1为增减计数工作模式，其周期寄存器 T1PR值设为载波周期值T C 的二分之一，当计数器T1CNT的计数值发生下溢或周期匹配时， 程序转入中断

12、服务子程序中进行PWM实时计算。在中断服务子程序中，如果当前的PWM计算 处于调制波的前一周期，则根据单极型SPWM计算方法实时计算每一载波周期的PWM脉宽所 对应的比较值，并将该值存入比较寄存器CMPR1中，使图1的左桥臂a点输出PWM电压波。 对另一比较寄存器CMPR2的赋值分两个阶段。如果当前计算处于调制波的前半周期，则赋 值为载波周期值T C 的二分之一，使右桥臂b点电位为N（低电位）；如果当前计算处于调制 波的后半周期，则赋值为零，使右桥臂b点电位为P（高电位），于是b点输出工频方波。当 程序完成前一调制波周期的PWM计算，转入下一周期时，将上述分别针对比较寄存器CMPR1 与CMP

13、R2的不同处理方法对调，则两桥臂输出波形亦随即改变，即左桥臂输出工频方波，右 桥臂输出PWM波。如此循环不已，即可实现两桥臂按调制波周期自动轮换输出PWM波与方 波。 0014 必须指出，为使所述的对调处理能按调制波周期自动进行，有必要在程序中引入 一个控制变量称之为轮换控制变量。该变量具有两种逻辑值，分别代表前后连续的两个调 制波周期，以供程序识别当前处于何种调制波周期，进行针对处理。具体的主程序流程示意 图请参见图2，中断子程序流程示意图请参见图3。 0015 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 说 明 书CN 102611348 A 1/2页 5 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102611348 A 2/2页 6 图3 说 明 书 附 图CN 102611348 A