关于三相维也纳PFC的专题请参考《三相Vienna拓扑技术分享》系列文章,这里不做更多的介绍,主要介绍PWM实现方法。根据之前的介绍,可以采用两种发波方式,一种是常规的PWM发波方式;一种是矢量PWM发波方式。这里重点介绍矢量PWM发波方式。
矢量PWM发波方式就是采用相位相差180度的高频三角载波,如下图所示,当对应的输入电压是正半周的时候,采用Trg1;当对应的输入电压是负半周的时候,采用Trg2。以0-60°扇区为例,u和w相电压为正,v相电压为负,因此,iu、iw电流指令与Trg1进行比较,iv电流指令与Trg2进行比较。每个周期产生8个开关状态,与传统的控制方案产生4个开关状态相比,8个开关状态相当于频率翻倍,减小了输入电流的纹波,对THD指标有好处.
一般情况下,DSP PWM模块的载波方式不能改变,无法使DSP产生幅值相同、相移180度的载波时基。所以采用TI C2000实现的方法是:DSP采用增减计数,如果交流输入电压为正,则将相应的PWM引脚电平转换方式刷新为“低电平(Active Low)”,同时,将电流控制器的输出折算成脉宽值赋给相应的比较寄存器;如果交流输入电压为负,则将相应的PWM引脚电平转换方式刷新为“高有效(Action High)”。将PI输出折算的比较寄存器的值换算成正载波对应的比较寄存器的值。换算关系为:CMPR+=T1PR-CMPR-,以此来模拟载波产生180度的相移。
但是在正负周期切换的过程中可能会出现电流波形跌落,驱动波形有一个周期的畸变。主要是在切换的瞬间,占空比发生了畸变,由于Vienna电路的电流也是靠控制占空比调节电感两端的伏秒积来调节电流斜率的,占空比畸变就会导致电感两端的伏秒积发生突变,从而导致电流发生畸变。
那么矢量发波切换为什么会造成占空比畸变?
正载波占空比:D+=COMP/PRD;
负载波占空比:1-D_=(PRD-COMP)/PRD ——>D_=COMP/PRD
正载波和负载波都满足相同的控制逻辑,但是在切换时,由于切换点的不同会导致多种占空比畸变,在这里有两点需要注意:
- 切换载波发生的时刻,CAU,CAD即可进行赋值;
- COMP分别在过零点和PRD处装载。
所以载波切换点不同,占空比畸变也会不同。
比如正载波向负载波切换时:
(1)PRD在UP过程中0~COMP之间切换,MOSFET导通占空比多出Ts/2。
(2)PRD在UP过程中COMP~PRD之间切换,MOSFET关断占空比多了Ts/2。
(3)PRD在DOWN过程中COMP~PRD之间切换,MOSFET关断占空比多了Ts/2。
(4)PRD在DOWN过程中COMP~0之间切换,MOSFET导通占空比多出Ts/2。
负载波向正载波切换时:
(1)PRD在UP过程中0~COMP之间切换,MOSFET关断占空比多了Ts/2。
(2)PRD在UP过程中COMP~PRD之间切换,MOSFET导通占空比多出Ts/2。
(3)PRD在DOWN过程中COMP~PRD之间切换,MOSFET导通占空比多出Ts/2。
(4)PRD在DOWN过程中COMP~0之间切换,MOSFET关断占空比多了Ts/2。
所以无论是正半周期切换负半周期,还是负半周期切换正半周期,切换点是高电平,就会多Ts/2的高电平,切换点是低电平就会多Ts/2的低电平。
从载波切换原理上,我们不大可能消除占空比失调部分,VPFC可以调节的范围也很小,可以变化的只有PFC电感感量,增大感量可以减少电流跌落,同时切换点的占空比伏秒平衡决定,当输入电压过零点时,输入电压接近0,而且电流正弦波在这里有上升最大斜率,所以电感两端需要最大的伏秒积差,占空比接近1,(1-DTs)/2最小,所以必须首先应该选择电压过零点切换,同时要过零点的占空比要尽可能的接近1,所以我们必须做两个工作:
- 尽量将矢量发波的切换点调节到相电压过零点;
- 调节电流环路参数,使电流环尽可能的快,从而使电压过零时电流环PIOUT可以接近1。
在三相ViennaPFC中,采用矢量PWM控制方法时,当Vac ZCD发生时,PI环计算出来的电流值需要与移相180度的载波进行比较,在dsPIC33CK中比较容易实现载波移相。
可以将PWM1配置为中心对齐,互补输出模式,在正载波切换到负载波的时候将PWMH和PWML进行交换(SWAP=1),同时将负载波占空比按照正载波的换算关系对应起来。
测试波形如下,PWM2H主要用于观察周期。