专利名称：一种三相pwm调制方法
技术领域：
本发明涉及脉宽调制技术(PWM)，尤其涉及一种三相PWM调制方法，该方法采用线电压期望输出来得到三相PWM开关时间，适用于电力电子行业的三相逆变器相关输出控制。
背景技术：
三相PWM输出可以采用三项全桥实现，·如图I所示，三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥，同一桥臂上的上下半桥的信号相反。实际操作中，通过比较计数器控制每个桥壁的上下半桥的切换来实现三相PWM控制，这就需要计算每个桥壁的上下半桥的开关周期时间，并将其作为比较器的比较值输入比较器，目前的三相调制方法中均为以三相相电压为基础计算各个开关周期时间，或者基于线电压输出不变为基准，在相电压中加入三次谐波等方法，如SVPWM控制方法，其最后计算开关时间的依据均为每相电压，SVPWM控制方法的给定为矢量给定，即给定输出模值和角度。如果给定量为线电压，则该方法需要将该电压变换为矢量给定后方能使用。这样一方面非常不方便，另一方面需要进行三角函数的求解，计算量大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计算方便、且结算量小的三相PWM调制方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下本发明的调制方法，依据线电压输出期望，选取其中的最大线电压输出，通过该输出期望得到最大线电压输出相关两个桥臂的开关时间，通过最大线电压输出外的其他两个线电压输出中的任意一个，得到和最大线电压输出不直接相关桥臂的开关时间，具体如下一种三相PWM调制方法，包括以下步骤第一步找到三相线电压输出期望中的绝对值最大、且为正数的线电压输出期望Uxy ；第二步，根据该绝对值最大、且为正数的线电压输出期望Uxy计算各相比较计数器的比较值；第三步将得到的各相比较值送入各相的比较计数器，进行三相PWM调制当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭，或者当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭。优选的，当采用7段式的PWM控制时，所述第二步的根据该绝对值最大、且为正数的线电压输出期望Uxy计算各相比较计数器的比较值通过以下方式实现 对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中x、y、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = TpX (l-Uxy/Udc)/2,Ty = TpX (1+Uxy/Udc)/2,Tz = Ty+Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)，式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望；·或者，对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中x、y、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = TpX (1+Uxy/Udc)/2,Ty = TpX (1-Uxy/Udc)/2,Tz = Ty-Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)，式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望。优选的，当采用5段式的PWM控制时，所述第二步的根据该绝对值最大、且为正数的线电压输出期望Uxy计算各相比较计数器的比较值通过以下方式实现(I)当选取向量(000)为唯一零矢量时对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中x、y、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = O,Ty = Tp X (Uxy/Udc)，Tz = Ty+Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望；或者，对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中x、y、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = Tp,Ty = TpX (1-Uxy/Udc)Tz = Ty-Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为Z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望；(3)当选取矢量(111)为唯一零矢量对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中x、y、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = TpX (Ι-Uxy/Udc),Ty = Tp, Tz = Ty+Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望；或者，对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中x、y、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = TpX (Uab/Udc),Ty = O,Tz = Ty-Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望。优选的，所述的第一步中，如果找到的三相线电压输出期望中的绝对值最大的线电压输出期望为负值，则将该绝对值最大线电压输出期望相关的两相调换，得到所述绝对值最大的、且为正数的线电压输出期望Uxy。优选的，所述绝对值最大的线电压输出期望通过如下方式找到，找到三项线电压输出期望中和其他两个相异的电压即为绝对值最大的线电压输出期望。本发明的有益效果如下本发明的三相PWM调制方法的电压利用率和空间矢量PWM(svpwm)相同，本发明不使用三角函数，能提高微控制器系统的计算效率。本发明还通过调整最大电压输出中比较时间设计了 5段式的控制方式，该控制方式使得在每个开关周期可以减少一个桥壁上的开关，从而降低开关损耗，提闻装置效率。
图I为三相PWM调制的硬件结构图；图2为本发明的三相PWM调制方法的流程图；图3为比较器采用载波三角波大于PWM比较值后为上桥臂导通的方式的示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。由于比较计数器的比较值决定了开关管的输出相电压，因此两个比较计较器的比较值的差就确定了输出的线电压。反过来，如果该我们知道了输出线电压的要求，则我们可以依据此得到两相比较器的差的数值。依据此我们得到了本发明的调制方法，该方法中采用线电压计算PWM输出比较计数器的比较值。本发明的调制方法首先要找到三项电压输出期望中绝对值最大、且为正数的线电压输出期望，由于a、b、c三相之间的线电压存在如下关系Uab+Ubc+Uca = OUab为a、b相之间的线电压(即Ua_Ub, Ua、Ub分别为a、b相的相电压)，Ubc为 b、c相之间的线电压、Uca为c、a相之间的线电压，所以Uab，Ubc，Uca中符号和其他两个相异的线电压，即为该为三相线电压中绝对值最大的线电压，因为在后续的计算中需要找到的绝对值最大的线电压同时为正，所以此时如果该绝对值最大的线电压为负值时，则该绝对值最大线电压输出期望相关的两相调换，比如当绝对值最大的线电压为Uab，且为负值，则将a、b两相调换得到Uba为绝对值最大、且为正数的线电压输出期望。找到绝对值最大、且为正数的线电压输出期望Uxy之后，例如Uab为该到绝对值最大、且为正数的线电压输出期望，需要根据Uab计算三相中各比较计数器比较值的大小，而Uab相关的两相的比较计数器的比较值的差和Uab是线性对应关系，即Tb-Ta = TpXUab/Udc (以下简称公式I)，对应“当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”；或者Ta-Tb = Tp X Uab/Udc (以下简称公式2),对应“当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”。其中Ta、Tb分别为a、b相比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc直流侧电压(即VDC侧直流电压数值)，下同。当采用7段式PWM控制时，得到当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭时，由于零矢量的输出对于线电压没有效果，平均分配零矢量(000)和(111)的作用时间(设定该时间为T0)，即TO =Ta，TO = Tp-Tb ;得到 Ta = Tp-Tb ;代入公式 1，则Ta = Tp X (1-Uab/Udc)/2Tb = TpX (1+Uab/Udc)/2Tc = Tb+Tp X (Ubc/Udc)或 Tc = Ta-Tp X (Uca/Udc)其导通方式参见附图3。当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭时，由于零矢量的输出对于线电压没有效果，平均分配零矢量(OOO)和(111)的作用时间(设定该时间为T0)，即TO = Ta,TO=Tp-Tb ;得到Ta = Tp-Tb ;代入公式2，则Ta = TpX (1+Uab/Udc)/2Tb = TpX (1-Uab/Udc)/2Tc = Tb-TpX (Ubc/Udc)或 Tc = Ta+Tp X (Uca/Udc)上述的方法采用了 7段式的方法在每个周期三相所有的开关管都要切换。而通过设定零矢量在一个周期内仅为(111)或(000)，本算法可以实现5段式的PWM控制，以减小开关损耗。以Uab为该到绝对值最大、且为正数的线电压输出期望为例，分为以下几种情况(I)选取(000)为唯一零矢量·当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭时，由于零矢量的输出对于线电压没有效果，仅使用(000)，其的作用时间设定为T0，即Ta = 0，代入公式1，则Ta = OTb = TpX (Uab/Udc)Tc = Tb-TpX (Ubc/Udc)或 Tc = Ta+Tp X (Uca/Udc)当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭时，由于零矢量的输出对于线电压没有效果，仅使用(000)，其的作用时间设定为T0，即Ta = Tp，代入公式2，则Ta = Tp,Tb = TpX (1-Uab/Udc)Tc = Tb+Tp X (Ubc/Udc)或 Tc = Ta-Tp X (Uca/Udc)(2)选取(111)为唯一零矢量当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭时，由于零矢量的输出对于线电压没有效果，仅使用(111)，其的作用时间设定为TOjp Tb = Tp，代入公式1，则Ta = TpX (1-Uab/Udc)Tb = TpTc = Tb-TpX (Ubc/Udc)或 Tc = Ta+Tp X (Uca/Udc)当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭时，由于零矢量的输出对于线电压没有效果，仅使用(111)，其的作用时间设定为TOjp Tb = 0，代入公式2，则Ta = TpX (Uab/Udc),Tb = O ；Tc = Tb+Tp X (Ubc/Udc)或 Tc = Ta-Tp X (Uca/Udc)当该到绝对值最大、且为正数的线电压输出期望为Uab、Ubc、Uca是可以分别得到如下结果1、7段式PWM控制方式，当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭时
权利要求
1.一种三相PWM调制方法，其特征在于，包括以下步骤第一步找到三相线电压输出期望中的绝对值最大、且为正数的线电压输出期望Uxy ；第二步，根据该绝对值最大、且为正数的线电压输出期望Uxy计算各相比较计数器的比较值；第三步将得到的各相比较值送入各相的比较计数器，进行三相PWM调制当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭，或者当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭。
2.根据权利要求I所述的三相PWM调制方法，其特征在于，当采用7段式的PWM控制时，所述第二步的根据该绝对值最大、且为正数的线电压输出期望Uxy计算各相比较计数器的比较值通过以下方式实现对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中X、I、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = TpX (1-Uxy/Udc)/2,Ty = TpX (1+Uxy/Udc)/2,Tz = Tz+TpX (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)，式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望；或者，对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中x、y、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = Tp X (1+Uxy/Udc)/2,Ty = TpX (1-Uxy/Udc)/2,Tz = Tz-TpX (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)，式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望。
3.根据权利要求I所述的三相PWM调制方法，其特征在于，当采用5段式的PWM控制时，所述第二步的根据该绝对值最大、且为正数的线电压输出期望Uxy计算各相比较计数器的比较值通过以下方式实现(I)当选取向量(000)为唯一零矢量时对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中X、I、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = O,Ty = TpX (Uxy/Udc),Tz = Ty+Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望；或者，对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中x、y、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = Tp,Ty = TpX (1-Uxy/Udc)Tz = Tz-TpX (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望；(3)当选取矢量(111)为唯一零矢量对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值大于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中x、y、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = TpX (Ι-Uxy/Udc)，Ty = Tp,Tz = Ty+Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx-TpX (Uzx/Udc)式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望；或者，对应所述的第三步中，“当比较计数器的计数值小于其比较值时，对应相的上管导通下管关闭，当比较器的计数值大于其比较值时，对应相的下管导通上管关闭”的情况，PWM比较器中x、y、z三相的比较计数器的比较值通过如下公式计算Tx = TpX (Uab/Udc)，Ty = O,Tz = Ty-Tp X (Uyz/Udc)或 Tz = Tx+Tp X (Uzx/Udc)式中，Tx为X相的比较计数器的比较值，Ty为y相的比较计数器的比较值，Tz为z相的比较计数器的比较值，Tp为PWM的周期，Udc为直流侧电压，Uxy为x相和y相之间的线电压输出期望，Uyz为y相和z相之间的线电压输出期望，Uzx为z相和x相之间的线电压输出期望。
4.根据权利要求I所述的三相PWM调制方法，其特征在于，所述的第一步中，如果找到的三相线电压输出期望中的绝对值最大的线电压输出期望为负值，则将该绝对值最大线电压输出期望相关的两相调换，得到所述绝对值最大的、且为正数的线电压输出期望Uxy。
5.根据权利要求4所述的三相PWM调制方法，其特征在于，所述绝对值最大的线电压输出期望通过如下方式找到，找到三项线电压输出期望中和其他两个相异的电压即为绝对值最大的线电压输出期望。
全文摘要
本发明公开了一种三相PWM调制方法，其特征在于，包括以下步骤，首先找到三相线电压输出期望中的绝对值最大、且为正数的线电压输出期望Uxy；然后，根据该绝对值最大、且为正数的线电压输出期望Uxy计算各相比较计数器的比较值；将得到的比较值送入比较计数器，进行三相PWM调制。本发明的三相PWM调制方法的电压利用率和空间矢量PWM相同，本发明不使用三角函数，能提高微控制器系统的计算效率。
文档编号H02M7/5387GK102916605SQ201110222349
公开日2013年2月6日 申请日期2011年8月4日 优先权日2011年8月4日
发明者付强 申请人:北京景新电气技术开发有限责任公司