专利名称：混合随机空间电压矢量脉宽调制方法及基于fpga的调制器的制作方法
混合随机空间电压矢量脉宽调制方法及基于FPGA的调制器技术领域
本发明属交流变频技术领域，具体涉及一种能够降低谐波峰值的混合随机空间电压矢量脉宽调制方法及基于FPGA的调制器。
背景技术：
如
图1所示的逆变器具有结构简单、实现方便等优点，被广泛应用于电动汽车驱动等变频调速的场合。采用的脉宽调制(PWM)是基于“伏-秒平衡”的原理，用占空比不断变换的电压脉冲按照时间平均来等效命令电压。调制策略的本质是用一定的算法根据命令电压计算出逆变器需要的6路开关信号高低电平跳变时刻，用逻辑电路产生6路脉冲信号，然后通过驱动电路去打开或关闭功率开关管。正弦PWM (SPWM)是一种非常成熟、非常经典的三相PWM，能够输出的基波电压幅值为直流母线电压的一半。空间电压矢量PWM (SVPWM)的本质是在SPWM的调制波上注入了三倍次谐波，因而提高了直流电压的利用率，与SPWM相比提高了约15.4%。其把电机和逆变器看作整体，以获得圆形磁链为目标，具有母线电压利用率高、谐波特性好、方便数字控制系统实现等优点，目前在变频调速数字控制系统中占据统治地位。
现有技术常用的脉宽调制方法为:
每相上下两个开关管成互补导通。不同的开关状态可以形成8个基本的电压矢量，包括6个非零基本电压矢量(HmcT6)和2个零电压矢量(氏爲)，如图2所示。图中:1表示上臂导通，O表示下臂导通。
6个非零基本电压矢量为
权利要求
1.一种混合随机空间电压矢量脉宽调制方法，其特征在于，通过两个随机变量来控制基本电压矢量的作用时间和脉冲定位，具体控制方式为，其中一个随机变量通过控制两个零矢量作用时间的分配比例来控制基本电压矢量的作用时间，另一个随机变量通过控制高电平最宽的脉冲的位置来进行脉冲定位，所述两个随机变量体现为随机数R1和R2。
2.根据权利要求1所述的混合随机空间电压矢量脉宽调制方法，其特征在于，当用于式(7)七段式作用方式下的电压矢量脉宽调制时，两个基本零电压矢量的作用时间与脉冲位置受到随机数R1和R,的控制，具体包括如下步骤:
3.根据权利要求2所述的混合随机空间电压矢量脉宽调制方法，其特征在于，所述步骤S2和S4中，随机数R1和R2的生成方式是:用伪随机数生成的公式，通过软件编程实时产生来实现；或者，将取值范围为O I的伪随机数表存储于只读存储器中，再把伪随机数从O I变换到所需的范围从而生成所述随机数R1和R2。
4.根据权利要求2所述的混合随机空间电压矢量脉宽调制方法，其特征在于，所述步骤S4中，随机数R2所处的区间[LK2]根据随机数R1来确定，具体为:
5.根据权利要求1-4中任一项所述的混合随机空间电压矢量脉宽调制方法，其特征在于:相电流采样的时刻设定在每个调制周期的I处。
2
6.根据权利要求5所述的混合随机空间电压矢量脉宽调制方法，其特征在于，为了提高电流测量的精度，可以使电流采样时刻避开脉冲跳变的时刻以避免电流的测量受到脉冲跳变干扰的影响，具体方式为，电流采样时刻与脉冲跳变时刻至少有一个S间隔。根据控制系统对电流采样误差的要求，通过实验观察脉冲跳变对电流的影响，进而确定延时S。
7.根据权利要求6所述的混合随机空间电压矢量脉宽调制方法，其特征在于:随机数R2所处的区间[LK2]需要结合所述时间间隔S及随机数R1来重新确定，具体为:
8.一种基于FPGA的调制器，其特征在于采用权利要求1-7中任一种调制方法，其主要包括一个周期寄存器、一个死区寄存器、两组跳变时刻寄存器、一个计数及初值重装载电路、一个寄存器组切换电路和一个脉冲产生电路， 所述周期寄存器，用来存放调制周期； 所述死区寄存器，用来设定死区时间； 两组所述跳变时刻寄存器中均存放每相上臂脉冲跳变的时刻； 所述计数及初值重装载电路包含一个计数器，该计数器接受计数脉冲并根据脉冲进行减I计数，当计数器减至0，再减I溢出时，输出溢出信号脉冲，控制从周期寄存器重新装载计数初值，开始下一周期的计数，溢出信号脉冲又送入D触发器，计数器的当前值送脉冲产生电路的比较器组； 所述寄存器组切换电路包括一个D触发器和一个多路开关，该D触发器接收来自计数器的溢出信号脉冲，以此控制两组跳变时刻寄存器交替地通过多路开关接入脉冲产生电路的比较器组；所述脉冲产生电路包括一个比较器组和一个D触发器组，该比较器组将接收自计数器的当前值与脉冲跳变时刻的设定值进行比较，若相同，则通过D触发器组中的D触发器来实现脉冲的跳变，每相上臂比较时直接用相应跳变时刻寄存器中脉冲跳变时刻的设定值，每相下臂比较时则需要将对应跳变时刻寄存器中脉冲跳变时刻的设定值与死区寄存器中死区时间的值相加或相减之后再参与比较，以产生死区，避免开关管的打开和关断的延时导致上下臂直通，两组跳变时刻寄存器交替用于比较，若上一调制周期使用第一组跳变时刻寄存器，则本周期使用第二组跳变时刻寄存器，下周期再使用第一组跳变时刻寄存器，在当前调制周期结束时刻或下一调制周期开始时刻，两组跳变时刻寄存器状态切换，在当前调制周期参与比较的一组跳变时刻寄存器变为不比较状态，并为赋值做准备，在当前调制周期赋值的跳变时刻寄存器变为比较状态，准备参与比较，两组跳变时刻寄存器交替比较来产生控制脉冲。
9.根据权利要求8所述的基于FPGA的调制器，其特征在于: 每组跳变时刻寄存器中有6个跳变时刻寄存器， 每组中有两个跳变时刻寄存器控制A相，一个是控制前沿的脉冲前沿跳变时刻寄存器，另一个是控制后沿的后跳变时刻寄存器， 每组中有两个跳变时刻寄存器控制B相，一个是控制前沿的脉冲前沿跳变时刻寄存器，另一个是控制后沿的后跳变时刻寄存器， 每组中有两个跳变时刻寄存器控制C相，一个是控制前沿的脉冲前沿跳变时刻寄存器，另一个是控制后沿的后跳变时刻寄存器； D触发器组(42)包含6个D触发器，分别对应6路脉冲； 比较器组中包含6个比较器，分别对应D触发器组(42)的6个D触发器， 其中3个比较器对应三相的上臂，每个有3个输入和一个输出，这3个输入分别接:计数器的当前值输出线、多路开关输出的脉冲前沿跳变时刻寄存器和多路开关输出的后跳变时刻寄存器， 其中3个比较器对应三相的下臂，每个有4个输入和一个输出，这四个输入分别接:计数器的当前值输出线、多路开关输出`的脉冲前沿跳变时刻寄存器、多路开关输出的后跳变时刻寄存器和死区寄存器13。
10.根据权利要求8或9所述的基于FPGA的调制器，其特征在于，其是通过FPGA实现的，其运用了 FPGA的并行特性。
全文摘要
本发明涉及一种混合随机空间电压矢量脉宽调制方法及基于FPGA的调制器，该方法通过两个随机变量来控制基本电压矢量的作用时间和脉冲定位，其中一个随机变量通过控制两个零矢量作用时间的分配比例来控制基本电压矢量的作用时间，另一个通过控制高电平最宽的脉冲的位置来进行脉冲定位，该调制器包括一个周期寄存器、一个死区寄存器、两组跳变时刻寄存器、一个计数及初值重装载电路、一个寄存器组切换电路和一个脉冲产生电路，通过两组跳变时刻寄存器的交替比较产生非对称的控制脉冲。本发明的调制方法和调制器能够在保证基波电压、开关次数等不变的前提下，显著降低离散集簇频谱的大的峰值，及由此导致的机械振动、声频噪声、电磁辐射等。
文档编号H02M1/12GK103166438SQ201310116179
公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者陈国强, 康件丽, 黄俊杰, 张明军, 孙付伟, 赵俊伟 申请人:河南理工大学