基于DSP的矩阵变换器空间矢量控制

3 安全换流策略

本系统采用共集电极的反向串联IGBT组合开关组成双向功率开关，根据输入电压不能被短路，输出电路不能突然开路的条件，安全切换要求同一相输出的任意两组开关不能同时导通，三组开关不能同时断开。由于器件的开通时间，关断时间，及驱动电路的时延都有差异，不能做到严格的同时切换。为了解决这个问题，N．Burany提出了著名的四象限开关多步切换控制法，其换流过程可用图4及图5所示一相输出电路来说明。以由a输入相换流到b输入相为例，当负载电流iL>0时，第1步关断负导通部分SlN，第2步开通S2P，第3步关断S1P，第4步开通S2N，以此完成两个双向开关的成功换流，既禁止了可能使电源发生短路的开关组合，又保证了在任意时刻给负载提供至少一条流通路径。



图4 一相输出电路示意图


图5 4步换流策略驱动信号示意图

4 控制系统设计及实验结果

图6是以DSP为控制核心的矩阵变换器系统框图，DSP检测输入相电压的扇区，得到期望的输出线电压扇区后，通过空间矢量调制策略，DSP送出6路驱动信号及保护信号到PLD，四步换流，驱动等逻辑由模块内部逻辑器件PLD完成，PLD送出18路驱动信号到主电路的18个分立开关。



图6 矩阵变换器实验系统框图

波形如图7，8，9，采样频率为10kHz，调制比M=0.866，输入滤波器参数：L=30mH，C=15μF。



图7 输入相电压ua波形与输入相电流ia波形


图8 输出线电压uL与输出线电流iL波形


(a) 输入相电流


(b) 输出线电压
图9 FET分析

5 结语

以DSP＋PLD构成的矩阵变换器控制系统结构简单，系统接线少，控制电路与软件简单，很好地解决了矩阵变换器的关键问题——安全换流，大大提高了高频大电流下顺序换流的可靠性，系统可靠性得到提高，为矩阵变换器向大功率，数字化发展和工业应用奠定了基础。