三相交錯(cuò)式雙向DC／DC儲(chǔ)能變流器的研究
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時(shí)間：2012-04-09
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式中：t0為VS1關(guān)斷時(shí)刻；t1，t2為VS2開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)刻；t3，t4為VS3開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)刻。
變流器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，△iL1+=△iL1-，則有：
Uo／Ui=D1+D2+D3=D (6)
為了便于PWM驅(qū)動(dòng)波形的移相設(shè)計(jì)，取D1=D2=D3=D／3。當(dāng)VS2，VS，開(kāi)斷及Boost模式下結(jié)論相同。三相交錯(cuò)變流器工作在Buck模式時(shí)，3個(gè)橋臂的工作時(shí)序如圖2a～c所示。前T／3，VS1以D／3開(kāi)斷；中間T／3周期，VS3以D／3開(kāi)斷；后T／3，VS5以D／3開(kāi)斷。當(dāng)功率管開(kāi)通時(shí)，Ui直接加在輸出端，當(dāng)功率管關(guān)斷時(shí)，功率二極管實(shí)現(xiàn)續(xù)流作用。同理，三相交錯(cuò)變流器工作在Boost模式時(shí)，3個(gè)橋臂工作時(shí)序如圖2d～f所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/230789.htm
該系統(tǒng)設(shè)定Buck模式對(duì)蓄電池充電，Boost模式蓄電池放電。如圖2所示，三相交錯(cuò)Buck模式下，變流器對(duì)蓄電池充電，假設(shè)充電電流為恒定I，流經(jīng)3個(gè)電感的平均電流分別為IL1，IL2，IL3。由于三相橋臂采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，有I=IL1+IL2+IL3，在三相電路結(jié)構(gòu)完全相同的情況下，有IL1=IL2=IL3=I／3，而單相模式時(shí)相同的充電電流下iL=I。Buck模式下，電感電流紋波系數(shù)計(jì)算式為：
式中：d為開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)波形的占空比；fs為開(kāi)關(guān)頻率。
由上述可知，三相模式下的fs與單相相同，d=D／3，電感電流為單相模式的1／3，可得ri不變，電流紋波為單相模式的1／3。因此，在相同頻率及電感等運(yùn)行條件下，較單相模式DC／DC變流器，三相交錯(cuò)模式DC／DC變流器流經(jīng)電感的電流較小，且三相電流波峰互差120°，疊加后總電流紋波減小。同樣，三相交錯(cuò)Boost模式下，蓄電池處于放電狀態(tài)，放電電流等于三相電感電流之和，放電電流紋波及電感電流都比單相模式小。
該變流器數(shù)字控制系統(tǒng)采用DSP作為主控器，通過(guò)配置DSP內(nèi)部事件管理器(EV)的各寄存器，可產(chǎn)生6路互不干擾的PWM驅(qū)動(dòng)波形。雙向
DC／DC變流器可工作在獨(dú)立PWM和互補(bǔ)PWM兩種模式下，在此選擇獨(dú)立PWM工作方式。即當(dāng)系統(tǒng)工作在Buck模式時(shí)，僅上橋臂功率管工作，所有下橋臂功率管可靠關(guān)斷；當(dāng)系統(tǒng)工作在Boost模式時(shí)，僅下橋臂功率管工作，所有上橋臂功率管可靠關(guān)斷。由于EV基于同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)波，各PWM波同相位，需要經(jīng)過(guò)移相才能應(yīng)用于三相交錯(cuò)變流器系統(tǒng)。在此采用FPGA內(nèi)部FIFO存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)PWM波形移相功能。
在QuartusⅡ中，F(xiàn)IFO模型可用MegaWizard創(chuàng)建，也可用HDL代碼創(chuàng)建，兩種創(chuàng)建方式實(shí)際都是對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行參數(shù)配置的過(guò)程，在此選用
VHDL語(yǔ)言創(chuàng)建該模型。該系統(tǒng)設(shè)定功率管開(kāi)關(guān)頻率為5 kHz，因此DSP應(yīng)產(chǎn)生周期為200 ms的PWM驅(qū)動(dòng)波形，對(duì)其進(jìn)行60°和120°移相，實(shí)際就是進(jìn)行200／3 ms和400／3 ms的延時(shí)。選用頻率為33 MHz的FPGA，F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)讀入讀出的頻率直接使用系統(tǒng)頻率，若要產(chǎn)生200／3 ms的延時(shí)，F(xiàn)IFO壓棧深度應(yīng)該為2 200，若要產(chǎn)生400／3 ms的延時(shí)，F(xiàn)IFO壓棧深度應(yīng)該為4 400，因此配置FIFO最大壓棧深度為8 192，對(duì)應(yīng)地址寬度為13。系統(tǒng)Boost，Buck驅(qū)動(dòng)波形相互獨(dú)立，F(xiàn)IFO位寬設(shè)置為2，分別實(shí)現(xiàn)Buck與Boost驅(qū)動(dòng)波形的移相。
配置兩個(gè)FIFO模型FIFO1與FIFO2，分別設(shè)置兩個(gè)計(jì)數(shù)變量，使得FIFO1讀使能滯后寫(xiě)使能2 200個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，則產(chǎn)生60°波形移相；使得FIFO2讀使能滯后寫(xiě)使能4 400個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，則產(chǎn)生120°波形移相。最后需要對(duì)FIFO模型進(jìn)行端口映射，其輸入映射到DSP的PWM輸出端，輸出映射到PEBB模塊驅(qū)動(dòng)輸入端，復(fù)位信號(hào)端映射到DSP輸出移相使能端。當(dāng)輸出使能端有效時(shí)，F(xiàn)PGA對(duì)三相驅(qū)動(dòng)波形進(jìn)行相應(yīng)移相，系統(tǒng)工作在三相交錯(cuò)模式；當(dāng)輸出使能無(wú)效時(shí)，F(xiàn)PGA直接輸出一相原始波形，系統(tǒng)工作在單相模式，如此可以輕松實(shí)現(xiàn)兩種模式的切換。
評(píng)論