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1、10申请公布号CN102005959A43申请公布日20110406CN102005959ACN102005959A21申请号201010572332922申请日20101203H02M7/48320070171申请人江南大学地址214122江苏省无锡市蠡湖大道1800号72发明人许胜74专利代理机构无锡市大为专利商标事务所32104代理人曹祖良54发明名称级联H桥型多电平变流器触发脉冲的快速生成方法57摘要本发明涉及一种级联H桥型多电平变流器开关触发脉冲的形成方法，属于电力电子变流器开关调制技术领域。本发明主要针对现有变流器开关SPWM触发脉冲形成技术中触发脉冲生成精度与采样点数、计算工作量。
2、的矛盾，提出一种基于载波相移正弦脉宽调制CPSSPWM技术的级联H桥型多电平变流器开关触发脉冲生成方法，按照本发明特定的采样方法、采样时序以及占空比的算法，快速形成变流器开关的SPWM触发脉冲。采用该方法，与现有基于对称规则采样法的CPSSPWM脉冲生成技术相比，生成的SPWM触发脉冲精度高；与现有基于不对称规则采样法的CPSSPWM脉冲生成技术相比，采样点和计算工作量减小一半。此外，该方法下变流器输出电压的基波分量与调制波之间的延时小，即触发脉冲生成速度快。51INTCL19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4页附图4页CN102005972A1/1页21级联H。
3、桥型多电平变流器触发脉冲的快速生成方法，其特征是包括以下步骤1变流器H桥级联单元数为N；采样周期为TS，采样时刻为TN，N1，2，2N；DX1、DX2、DX3、DX4分别为各H桥左桥臂上、下和右桥臂上、下开关器件，PX1、PX2、PX3、PX4分别为DX1、DX2、DX3、DX4的触发脉冲，DX1、DX2、DX3、DX4分别为DX1、DX2、DX3、DX4的触发脉冲占空比值，TX1、TX2、TX3、TX4分别为DX1、DX2、DX3、DX4的载波计数器，TX1CMP、TX2CMP、TX3CMP、TX4CMP分别为TX1、TX2、TX3、TX4的存放占空比数据的计数器比较寄存器，X1，2，N；T。
4、1时刻，采样调制波US，计算占空比D11或D14，D14D11；2将D11、D14分别加载到计数器比较寄存器T11CMP和T14CMP；3T2时刻，清零T11开始增计数，生成P11的下降沿；同时，重载T14并开始减计数，生成P14的上升沿；4重复步骤13，依次在T2，T3，TN时刻采样调制波US，计算占空比D21或D24，D31或D34，DN1或DN4，并在T3，T4，TN1时刻清零T21，T31，TN1开始增计数，生成P21，P31，PN1的下降沿；同时，重载T24，T34，TN4并开始减计数，生成P24，P34，PN4的上升沿；5TN1时刻，采样调制波US，计算占空比D14或D11，D11。
5、D14；6将D14、D11分别加载到计数器比较寄存器T14CMP和T11CMP；7TN2时刻，清零T14开始增计数，生成P14的下降沿；同时，重载T11并开始减计数，生成P11的上升沿；8重复步骤57，依次在TN2，TN3，T2N时刻采样调制波US，计算占空比D24或D21，D34或D31，DN4或DN1，并在TN3，TN4，T2N1时刻清零T24，T34，TN4开始增计数，生成P24，P34，PN4的下降沿；同时，重载T21，T31，TN1并开始减计数，生成P21，P31，PN1的上升沿；9步骤8中的T2N1时刻同时也是下一个载波周期的T1时刻，至此进入下一个脉冲生成周期。权利要求书CN10。
6、2005959ACN102005972A1/4页3级联H桥型多电平变流器触发脉冲的快速生成方法技术领域0001本发明涉及一种变流器开关触发脉冲的形成方法，尤其是一种针对级联H桥型多电平变流器开关器件所采取的触发脉冲的快速生成方法。背景技术0002在应用于级联H桥型多电平变流器的众多开关调制策略中，载波相移正弦脉宽调制CARRIERPHASESHIFTEDSINEPULSEWIDTHMODULATION，CPSSPWM技术由于具有等效开关频率高、输出电压谐波含量小、信号传输带宽宽以及控制方法简单等优良特性而被广泛使用，但对该项技术来说，采用不同的脉冲实现方法，不但对变流器输出电压的精度、实时性等。
7、性能有着重要的影响，而且决定了CPSSPWM技术实现时的采样频率以及算法的复杂程度。本发明所述技术主要针对级联H桥型多电平变流器开关器件，基于CPSSPWM的脉冲调制技术，按照本发明特定的采样方法、采样时序以及占空比的算法，快速的形成变流器各开关器件的触发脉冲。0003在现有的CPSSPWM脉冲实现方法中，存在最为常见的两种方法一种是基于对称规则采样法的脉冲生成方法，如图1所示，该方法在一个三角载波周期中只采集一次调制波，同时只计算一次占空比值，当该占空比数据和载波计数器增、减计数值相匹配时，形成触发脉冲的上升沿和下降沿；另一种是基于不对称规则采样法的脉冲生成方法，如图2所示，该方法在一个三角。
8、载波周期中的峰和谷各采集一次调制波，并且分别计算相应的占空比值，当占空比数据分别和载波计数器增、减计数值相配比时，形成触发脉冲的上升沿和下降沿。0004第一种方法中，由于采样点少，因此生成的SPWM触发脉冲精度低，变流器输出SPWM电压谐波含量大；第二种方法中，相对于第一种方法，虽然生成的SPWM触发脉冲精度高，但采样点和计算量也增加了一倍，当采样频率较高时，对于处理器的数据处理能力要求比较高。发明内容0005本发明的目的是解决现有变流器开关SPWM触发脉冲形成技术中触发脉冲生成精度与采样点数、计算工作量的矛盾，提供一种级联H桥型多电平变流器的CPSSPWM触发脉冲生成方法，按照本发明特定的采。
9、样方法、采样时序以及占空比的算法，快速形成变流器开关器件的触发脉冲。0006按照本发明提供的技术方案，所述级联H桥型多电平变流器触发脉冲的快速生成方法包含如下具体步骤00071将相关参数设定如下变流器H桥级联单元数为N；采样周期为TS，采样时刻为TN，N1，2，2N；DX1、DX2、DX3、DX4分别为各H桥左桥臂上、下和右桥臂上、下开关器件，PX1、PX2、PX3、PX4分别为DX1、DX2、DX3、DX4的触发脉冲，DX1、DX2、DX3、DX4分别为DX1、DX2、DX3、DX4的触发脉冲占空比值，TX1、TX2、TX3、TX4分别为DX1、DX2、DX3、DX4的载波计数器，TX1CM。
10、P、TX2CMP、TX3CMP、说明书CN102005959ACN102005972A2/4页4TX4CMP分别为TX1、TX2、TX3、TX4的存放占空比数据的计数器比较寄存器，X1，2，N；0008T1时刻，采样调制波US，计算占空比D11或D14，D14D11；00092将D11、D14分别加载到计数器比较寄存器T11CMP和T14CMP；00103T2时刻，清零T11开始增计数，生成P11的下降沿；同时，重载T14并开始减计数，生成P14的上升沿；00114重复步骤13，依次在T2，T3，TN时刻采样调制波US，计算占空比D21或D24，D31或D34，DN1或DN4，并在T3，T4，。
11、TN1时刻清零T21，T31，TN1开始增计数，生成P21，P31，PN1的下降沿；同时，重载T24，T34，TN4并开始减计数，生成P24，P34，PN4的上升沿；00125TN1时刻，采样调制波US，计算占空比D14或D11，D11D14；00136将D14、D11分别加载到计数器比较寄存器T14CMP和T11CMP；00147TN2时刻，清零T14开始增计数，生成P14的下降沿；同时，重载T11并开始减计数，生成P11的上升沿；00158重复步骤57，依次在TN2，TN3，T2N时刻采样调制波US，计算占空比D24或D21，D34或D31，DN4或DN1，并在TN3，TN4，T2N1时刻。
12、清零T24，T34，TN4开始增计数，生成P24，P34，PN4的下降沿；同时，重载T21，T31，TN1并开始减计数，生成P21，P31，PN1的上升沿；00169步骤8中的T2N1时刻同时也是下一个载波周期的T1时刻，至此进入下一个脉冲生成周期。0017本发明的优点是本发明所述的级联H桥型多电平变流器触发脉冲的快速生成方法，与现有第一种技术相比，生成的SPWM触发脉冲精度高；与现有第二种技术相比，采样点和计算工作量减小一半；且基于本发明技术的变流器输出电压的基波分量与调制波之间的延时小，即触发脉冲生成速度快。附图说明0018图1是基于对称规则采样法的SPWM脉冲生成方法示意图。0019图2。
13、是基于不对称规则采样法的SPWM脉冲生成方法示意图。0020图3是5级联H桥型多电平变流器的单相主电路结构图。0021图4是5级联H桥型多电平变流器的CPSSPWM脉冲生成时序图。0022图5是占空比D11和D14算法的局部放大图。0023图6是本发明H桥功率单元左桥臂和右桥臂触发脉冲PX1和PX4的形成过程示意图。0024图7是正序调制波、基于本发明技术以及现有技术装置交流侧输出电压的基波分量仿真波形图。具体实施方式0025下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明是针对级联H桥型多电平变流器开关器件所采取的一种基于载波相移正弦脉宽调制CARRIERPHASESHIFTEDSPWM，C。
14、PSSPWM技术的触发脉冲快速生成方法。说明书CN102005959ACN102005972A3/4页50026如图3所示，级联H桥型多电平变流器的级联数N取5。DX1、DX2、DX3、DX4分别为各H桥左桥臂上、下和右桥臂上、下开关器件；UX为各单元交流侧输出SPWM电压；U为装置输出总电压；UDC为各单元直流侧电压，X1，2，5。装置采用基于CPSSPWM的单极性开关调制方法，各单元载波URX相互错开采样时间TS。装置的CPSSPWM脉冲生成时序如图4所示，载波URX的相位与URX相差180，US为SPWM调制波。此时，CPSSPWM脉冲生成时序描述为在TN时刻N1，2，10，TK1TKT。
15、S为一个采样周期采样调制波US，根据本发明的采样方法，依次生成SPWM触发脉冲PX1和PX4，分别对应触发DX1和DX4；DX2、DX3的触发脉冲PX2、PX3分别与PX1、PX4相反，实际应用中加死区延时。此外，在实际应用中，载波并不以具体波形存在，而代之以双向计数器，这里定义计数器TX1和TX4，分别对应载波URX和URX；另设TX1CMP和TX4CMP分别为TX1和TX4的比较寄存器。具体步骤如下。00271根据图2，对于同一个触发脉冲的生成，如P11，分别在T1和T6时刻都进行了采样，脉冲生成的采样频率比对称规则采样法高出了1倍。但实际上，参照图4本发明所述脉冲生成时序，T6时刻也对应。
16、触发脉冲P14生成的采样时刻，因此，总体上来说，采样频率没有提高，只是同一采样时刻要进行两个占空比值的计算，如T6时刻，分别要计算P14和P11的占空比D14和D11。此时，只要证明D14等于D11，即可说明该方法不需增加计算工作量，证明过程如下0028参照图5，设载波周期为TC，则TW11D11TC、TW14D14TC，显然存在等式0029TCTW11/2TCTW14/20030解得TW11TW14，也即D11D14，由此可知，任何采样时刻只需进行一次占空比计算，而不需增加额外的计算工作量。TW11为占空比D11对应在TC中所占有的时间宽度，TW14同理，都是中间变量。0031T1时刻，采样。
17、调制波US，计算占空比D11或D14，且有D14D11，即只需执行一次占空比运算。00322将D11、D14分别加载到指定载波计数器比较寄存器T11CMP和T14CMP。00333T2时刻，清零T11开始增计数，当T11的计数值和T11CMP的数值相匹配时，生成P11的下降沿；同时，重载T14并开始减计数，当T14的计数值和T14CMP的数值相匹配时，生成P14的上升沿，参照图6。00344重复步骤13，依次在T2、T5时刻采样US，计算占空比D21D24、D51D54，并在T3、T6时刻清零T21、T51开始增计数，生成P21、P51的下降沿；同时，重载T24、T54并开始减计数，生成P24。
18、、P54的上升沿，具体过程参照图4。00355T6时刻，采样调制波US，计算占空比D14和D11，且有D11D14，即只需执行一次占空比运算。00366将D14、D11分别加载到指定载波计数器比较寄存器T14CMP和T11CMP。00377T7时刻，清零T14开始增计数，当T14的计数值和T14CMP的数值相匹配时，生成P14的下降沿；同时，重载T11并开始减计数，当T11的计数值和T11CMP的数值相匹配时，生成P11的上升沿，参照图6。00388重复步骤57，依次在T7、T10时刻采样US，计算占空比D24D21、D54D51，并在T8、T11时刻清零T24、T54开始增计数，生成P24、。
19、P54的下降沿；同时，重载T21、T51并开始减计数，生成P21、P51的上升沿，具体过程参照图4。说明书CN102005959ACN102005972A4/4页600399步骤8中的T11时刻，实际上是下一个载波周期的T1时刻。至此，进入下一个脉冲生成周期，过程同步骤18。0040仿真模型参照图3，直流侧电压UDC100V，载波频率1/TC400HZ。图7为正弦调制波、基于本发明技术以及现有技术变流装置交流侧输出电压的基波分量仿真波形，依次设为UF0、UF1及UF2。由图可见，在相位上，UF1相对UF0产生的延时比UF2相对UF0产生的延时小，即本发明所述级联H桥型多电平变流器触发脉冲的生成方法具有较快的生成速度。说明书CN102005959ACN102005972A1/4页7图1图2说明书附图CN102005959ACN102005972A2/4页8图3图4说明书附图CN102005959ACN102005972A3/4页9图5图6说明书附图CN102005959ACN102005972A4/4页10图7说明书附图CN102005959A。