基于FPGA的高精度死区补偿装置。每个IGBT逆变器设2-3个脉宽测量电路、一片现场可编逻辑阵列FPGA、驱动电路和主控系统。测量电路有:由运放U1、C1、R2、R4、R3、R5、R6组成的基准电压产生电路；由C2、R1、R7组成的积分电路；输出端接FPGA的比较器U2和U3；由FPGA控制开闭的晶体管Q1、Q2组成的初始化电路；且R2＝R1；R4＝R7；R3＝R6﹤﹤(R3+R5+R6)；C1﹥﹥C2。主控系统提供给定矩形脉冲U7。被测实际PWM脉冲Ua上升和下降沿积分结束时刻由测量中记录；等效矩形脉冲Ux上升和下降沿零时刻由测量计算获得后,由FPGA算出误差进行累加，再经驱动电路送入逆变器进行补偿。补偿原理是测出实际PWM脉冲波形,进行补偿。获得的等效脉宽更准确、补偿精度最高、测量电路电圧稳定、用FPGA补偿效率高、抗干扰性更好。有效排除波形畸变导致高压变频器电机转矩脉动和对光伏逆变器供电质量的影响。
【技术实现步骤摘要】
(一)
：一种含逆变器电源的死区硬件补偿技木,用于电气传动驱动电源、供电电源等。属交流间或交直流间的变换类(H02M)。本技术提供的死区补偿方法及装置主要应用于高压变频器驱动电源和光伏逆变器供电电源。(二)
技术介绍
高压变频器作为调频电机驱动电源,光伏逆变器作为联网供电电源,两者主回路均含有IGBT逆变器,控制部分通过驱动电路调节IGBT逆变器输出,如图1、图7所示。在驱动IGBT逆变器时，为了防止上下桥臂出现直通，通常要在脉宽调制PWM波中添加死区时间。在死区时间内，上下IGBT同时关闭，此时桥臂输出电压取决于桥臂电流方向，结果是桥臂输出脉冲宽度并不等于驱动信号给定的脉冲宽度,即死区时间的存在使实际输出的电源电压、电流波形发生畸变。对高压变频器导致驱动的变频电机转矩发生脉动，且在低速或轻载时这种影响尤其严重。因此对死区的补偿问题已成为变频调速系统中必须解决的关键问题。对光伏逆变器电源并网电压,波形发生畸变,将影响供电质量和并网。高压变频器和光伏逆变器现有死区硬件补偿装置存在如下问题:1)见图4,传统脉宽测量电路设计原理是将PWM脉冲看成是一个规则化的梯形U0，然后采用比较器与Udc/2做比较得到PWM脉宽B0。但实际的PWM脉冲波形Ua并不规则(见图5),因此采用传统的脉宽测量装置得到的PWM脉宽并不准确。不能有效地解决电压、电流波形畸变。2)现有的死区硬件补偿装置不仅补偿精度低,且存在测量效率低、测量电路稳定性差等,均难以满足高压变频器和光伏逆变器死区补偿要求。(三)
技术实现思路
：本技术提供的基于FPGA的高精度死区补偿装置，其目的就是解决现有高压变频器和光伏逆变器死区硬件补偿装置获得的PWM脉宽补偿精度低、补偿装置测量效率低、测量电路可靠性差等问题。技术方案如下:基于FPGA的高精度死区补偿装置，包括:1)用于高压变频器；高压变频器三相变频电源中每相均串接多个<功率单元>形成高压电源,三相交流市电1经过移相变压器向各<功率单元>提供移相后三相交流电1n；每个功率单元主回路由移相后三相交流电1n、整流滤波电路2、IGBT全桥逆变器3组成；或者2)用于光伏逆变器；每相主回路由光伏电池1m、电容滤波电路2m、IGBT三相逆变器3m组成；其特征是1)所述死区补偿装置包括:对应每个IGBT全桥或多桥逆变器设2-3个脉宽测量电路4、一片现场可编逻辑阵列FPGA5、一个驱动电路6；并包括外部的主控系统7；每个脉宽测量电路如下组成:①由运放U1、电容C1、电阻R2、R4、R3、R5、R6组成的基准电压产生电路；②由电容C2、电阻R1、R7组成的积分电路；③由比较器U2和U3组成比较电路,比较器U2和U3输出端S1、S2分别接FPGA两个输入IO口；④由晶体管Q1、Q2组成的初始化电路:两晶体管Q1、Q2基极分别接FPGA输出接口G；⑤设上述R2＝R1；R4＝R7；R3＝R6﹤﹤(R3+R5+R6)；C1﹥﹥C2…………式(A)将每个脉宽测量电路中电路电压Udc端、Ua端和低电位端DCN分别接IGBT全桥或多桥逆变器直流母线高电位端D、中端E和负端O。2)主控系统通过光纤通信传输向FPGA提供上升和下降沿零时刻t0、t02的给定矩形脉冲U7；被测实际PWM脉冲Ua的上升和下降沿零时刻为t11、t12；FPGA设的等效矩形脉冲Ux的上升和下降沿零时刻为tc1、tc2,并通过测量计算获得tc1、tc2。上述FPGA可采用型号为ACTEL公司的A3PN250。本技术有益效果：1)本技术变频器死区补偿装置其原理是按实际PWM脉冲波形,设计专用的脉宽测量电路和选择FPGA进行测量获得等效脉冲宽度,确定误差后进行补偿。与传统方法相比，获得的等效脉宽更准确，补偿精度最高、抗干扰性更好。2)补偿装置中选择的现场可编逻辑阵列(FPGA),运祘速度快,可满足多路专用脉宽测量电路的死区补偿测量计算需求。3)脉宽测量电路中设有运算放大器U1,用于稳定参考电压，使测量结果更准确。(四)附图说明图1实施例1:高压变频器一个功率单元主回路电路和死区补偿装置框图。图2一个脉宽测量电路4电路图及FPGA5框图。图3实施例1高压变频器系统总示意图。说明:1)图中线上三条斜短线表示3根线。线上两条斜短线表示2根线。2)图3中每相画出了两个串联功率单元。图4现有补偿装置采用的规则化PWM脉冲波形U0示图。图5IGBT全桥或多桥逆变器输出的实际PWM脉冲波形Ua示图。图6对应死区补偿装置脉宽测量涉及的三个波形U7、Ua、Ux示图。说明:1)给定矩形脉冲波形U7用细实线画出。上升沿零时刻t0,下降沿零时刻t02。2)逆变桥输出的实际PWM脉冲波形Ua:图中用粗实线画出。上升沿零时刻为t11和下降沿零时刻为t12。3)等效矩形脉冲波形Ux:图中用虚线画出。上升沿零时刻为tc1和下降沿零时刻为tc2。图7实施例2:光伏逆变器一相中主回路电路图及死区补偿装置框图。(五)具体实施方式实施例1:用于高压变频器基于FPGA的高压变频器高精度死区补偿装置。变频器可用于火电厂风机的驱动电机。现有高压变频器结构为:见图3,在三相变频电源中每相均串接多个<功率单元>而形成高压(见图1,通过W1、W2两端头串联)。见图3,三相中每相最大电压端为变频电机10的电源端。三相交流市电1经过移相变压器9向各<功率单元>提供移相后的三相交流电1n。见图1,一相中一个<功率单元>有:主回路电路为1n-3、死区补偿装置框图为4-7、主控系统7内含变频程序8。每相每个<功率单元>主回路包括移相后交流三相电1n、整流滤波电路2、IGBT全桥逆变器3。本实施例1基于FPGA的高压变频器高精度死区补偿装置,特征如下:1)见图1,每个功率单元内设如下死区补偿装置:由2个脉宽测量电路4、一片现场可编逻辑阵列5(FPGA)、一个驱动电路6和主控系统7组成。其中主控系统7是控制上述三相多个<功率单元>死区补偿的总控制系统。变频控制可为变频程序8设在主控制系统7内,也可独立设在<功率单元>内。见图3,高压变频器同一相串接的多个<功率单元>输入的移相后交流三相电1n相位不同。见图2每个脉宽测量电路4如下组成:①基准电压产生电路:由运放U1、电容C1、电阻R2、R4、R3、R5、R6组成，用于产生基准比较电压Vref1和Vref2。②积分电路:由电容C2、电阻R本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于FPGA的高精度死区补偿装置,包括:1)用于高压变频器；高压变频器三相变频电源中每相均串接多个功率单元形成高压电源,三相交流市电(1)经过移相变压器(9)向各功率单元提供移相后三相交流电(1n)；每个功率单元主回路由移相后三相交流电(1n)、整流滤波电路(2)、IGBT全桥逆变器(3)组成；或者2)用于光伏逆变器；每相主回路由光伏电池(1m)、电容滤波电路(2m)、IGBT三相逆变器(3m)组成；其特征是：1)所述死区补偿装置,包括:对应每个IGBT全桥或多桥逆变器设2‑3个脉宽测量电路(4)、一片现场可编逻辑阵列FPGA(5)、一个驱动电路(6)；并包括外部的主控系统:(7)；每个脉宽测量电路如下组成:①由运放U1、电容C1、电阻R2、R4、R3、R5、R6组成的基准电压产生电路；②由电容C2、电阻R1、R7组成的积分电路；③由比较器U2和U3组成比较电路,比较器U2和U3输出端S1、S2分别接FPGA两个输入IO口；④由晶体管Q1、Q2组成的初始化电路:两晶体管Q1、Q2基极分别接FPGA输出接口G；⑤设上述R2＝R1；R4＝R7；R3＝R6﹤﹤(R3+R5+R6)；C1﹥﹥C2将每个脉宽测量电路中电路电压Udc端、Ua端和低电位端DCN分别接IGBT全桥或多桥逆变器直流母线高电位端D、中端E和负端O；2)主控系统通过光纤通信传输向FPGA提供上升和下降沿零时刻t0、t02的给定矩形脉冲U7；被测实际PWM脉冲Ua的上升和下降沿零时刻为t11、t12；FPGA设的等效矩形脉冲Ux的上升和下降沿零时刻为tc1、tc2。...
【技术特征摘要】
1.基于FPGA的高精度死区补偿装置,包括:1)用于高压变频器；高压变频器三相变频电
源中每相均串接多个功率单元形成高压电源,三相交流市电(1)经过移相变压器(9)向各功
率单元提供移相后三相交流电(1n)；每个功率单元主回路由移相后三相交流电(1n)、整流
滤波电路(2)、IGBT全桥逆变器(3)组成；或者2)用于光伏逆变器；每相主回路由光伏电池
(1m)、电容滤波电路(2m)、IGBT三相逆变器(3m)组成；
其特征是：
1)所述死区补偿装置,包括:对应每个IGBT全桥或多桥逆变器设2-3个脉宽测量电路
(4)、一片现场可编逻辑阵列FPGA(5)、一个驱动电路(6)；并包括外部的主控系统:(7)；每个
脉宽测量电路如下组成:
①由运放U1、电容C1、电阻R2、R4、R3、R5、R...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋小春，
申请(专利权)人：蒋小春，
类型：新型
国别省市：四川;51
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