1 导言
CPS-SPWM技能因为具有等效开关频率高、输出电压谐波含量小、信号传输带宽较宽及操控办法简略等优秀特性而被广泛使用在级联H桥多电平变流器中。
较典型的SPWM完结办法首要分为两类：天然采样法和规矩采样法，而规矩采样法一般存在对称规矩采样和不对称规矩采样两种办法。文献提出依据不对称规矩采样法的GPS-SPWM完结办法，其定论为：相关于规矩采样法，采样点和核算量添加了一倍；但变流器输出电压谐波含量却大为削减，波形的不对称性也有所改善。
在此论述了级联H桥多电平变流器的CPS-PWM脉冲生成时序。在此基础上，提出一种使用于级联H桥多电平变流器，依据不对称规矩采样的CPS-SPWM触发脉冲的快速、准确的生成办法。介绍了依据FPGA的级联H桥多电平变流器的CPS-PWM触发脉冲快速生成的完结办法。
2 CPS-SPWM触发脉冲的生成时序
级联H桥型多电平变流器的单相主电路结构如图1所示，为剖析便利，取级联单元数N=5。元左、右桥臂上、下IGBT开关器材；ux为各单元沟通侧输出电压；u为级联设备单相输出总电压；Udc为各单元直流侧电压。设备选用依据CPS-SPWM的单极性开关调制办法，各单元载波urx彼此错开时间Ts=Tc／(2N)，其间Tc为载波周期。
各单元的脉冲生成时序如图2所示。urx的相位与urx-相差180°，别离用来构成功率单元x的VTx1和VTx4的触发脉冲；us为SPWM调制波。
如图所示，在tn时间(n=1，…，10；Ts为一个采样周期，tk+1-tk=Ts)采样调制波us，依据不同的采样办法，顺次生成SPWM触发脉冲Px1，Px4，别离对应触发VTx1和VTx4；VTx2，VTx3的触发脉冲Px2，Px3别离与Px1，Px4相反，实践使用中加死区延时。
实践使用中，载波并不以具体波形存在，而代之以双向计数器。这儿界说计数器Tx1和Tx4别离对应载波urx和urx-；另设Tx1CMP和Tx4CMP别离为Tx1和Tx4的比较寄存器。
3 CPS-SPWM触发脉冲快速生成原理
不对称规矩采样办法是指在一个载波周期中的峰、谷各采样一次调制波，如图3所示。在t1时间采样us，核算占空比并加载至T11CMP，在t2时间T11开端增计数，当比较匹配时构成P11的下降沿；在t6时间再次采样us，核算占空比并更新T11CMP，在T11上溢时间开端减计数，当比较匹配时构成P11下一个脉冲的上升沿。
可见，依据此种办法生成的触发脉冲，较理论上的脉冲延时亦仅为一个Ts，且因为在一个载波周期中两次采样正弦调制波，精度较高。该办法首要缺陷是进步了采样频率，添加了核算工作量。但关于如图2所示的级联功率单元的触发时序而言，该办法既没有进步采样频率，又没有添加核算量，具体剖析如下：
依据图3，关于生成同一个触发脉冲，如P11，别离在t1和t6时间都进行了采样，脉冲生成的采样频率比对称规矩采样法高出了1倍。但实践上，参照图2所示的级联单元脉冲生成时序，t6时间也对应触发脉冲P14生成的采样时间，因而，整体而言，采样频率没有进步，仅仅同一采样时间要进行两个占空比值的核算，如t6时间，别离要核算P14，P11的占空比D14，D11。只需证明此刻D14等于D11即可阐明该办法无需添加核算量，证明如下：设TW11=D11Tc，TW14=D14Tc，明显存在：(Tc-TW11)／2=(Tc-TW14)／2，解得TW11=TW14，也即D11=D14，由此可知，任何采样时间仅需进行一次占空比核算，而无需添加额定的核算量。
P11和P14生成进程及时序为如图4所示。在t1时间，采样us并核算D11(D14)，并加载到T11CMP和T14CMP，当下一个同步信号抵达即t2时间清零T11开端增计数，生成P11的下降沿；一起，重载T14并开端减计数，生成P14的上升沿。同理，在t6时间，采样us核算D14(D11)，并加载到T14CMP和T11CMP，在t7时间别离清零T14开端增计数，重载T11并开端减计数，生成P14的下降沿和P11的上升沿。
参照图2，整个级联单元的脉冲生成时序为：
①t1，t2，t3，t4，t5时间采样顺次生成的SPWM触发脉冲为：P11↓(下降沿)和P14↑(上升沿)，P21↓和P24↑，P31↓和P34↑，P41↓和P44↑，P51↓和P54↑；
②t6，t7，t8，t9，t10时间采样顺次生成的SPWM触发脉冲为：P14↓和P11↑，P24↓和P21↑，P34↓和P31↑，P44↓和P41↑，P54↓和P51↑。
4 触发脉冲快速生成的完结办法
为充分发挥上述级联H桥变流器CPS-SPWM触发脉冲快速生成办法的优越性，选用规划大、集成度高、可靠性强、编程灵敏的FPGA芯片EP2C20／EP2C5，来完结触发脉冲生成及其他包含分配、传输、驱动、逻辑归纳与操控等功能。
实践工程中，触发脉冲生成由两部分组成，即顶层触发监控模块、底层脉冲生成模块，两模块之间选用光纤通讯形式，具体论述如下：
(1)顶层触发监控模块 触发监控模块首要担任触发脉冲占空比、同步信号、操控指令、底层操控参数等信息的下发；收集处理底层操控体系的功率单元运转状况以及逻辑归纳、毛病处理等使命，操控结构原理如图5所示。
通讯模块(2)是整个触发监控体系中的关键性环节，首要承当的使命有：①接纳模块(1)的译码操控指令，判别指令类型；②同步信号的编码、下发；③接纳底层操控体系上传的各功率单元运转状况信息，存储到RAM2相应存储单元中并传输到毛病处理模块；接纳毛病模块向底层操控体系宣布的毛病处理指令。
(2)底层脉冲生成模块 底层脉冲生成模块除担任脉冲生成、驱动操控使命外，还担负着整个功率单元的通讯和毛病处理使命。该模块首要由脉冲生成单元、通讯单元及IPM驱动接口电路等几部分组成。脉冲构成单元担任CPS-SPWM触发脉冲的生成使命。脉冲生成的原理在前文中现已作了具体的介绍，这儿将要点介绍各功率单元的底层操控体系脉冲生成的进程，如图6所示。
脉冲构成单元首要由载波构成模块和比较模块两大部分组成：载波构成模块用来构成三角载波。比较模块的首要使命是生成IGBT触发脉冲。行将存放在Tx1CMP／Tx4CMP中的占空比数据与Tx1／TX4中的载波数据进行比较，输出PWM触发脉冲。需求阐明的是，Tx1CMP／Tx4CMP中的数据在对Tx1／Tx4进行清零或重载的一起，进行数据更新(重载)。
5 试验
试验模型参照图1，直流侧电压Udc=90 V，载波频率1／Tc=1．28 kHz，采样周期Ts=78．125μs。脉冲传输选用编码办法，传输延时Ttr≈5μs。试验波形如图7所示。
图7a，b别离为依据对称和不对称规矩采样法的输出电压u及调制波us的波形。可见，依据对称规矩采样法的u滞后us约5 ms；而依据不对称规矩采样法的u滞后us约3 ms，具有较快的生成速度。
6 定论
理论剖析和试验结果表明：此处所述依据不对称规矩采样法的CPS-SPWM脉冲生成办法，相对依据对称规矩采样法的CPS-SPWM脉冲生成办法，既没有添加采样频率，也没有添加核算工作量，具有较快的生成速度。此外，因为选用了依据FPGA的CPS-SPWM脉冲生成的完结办法，为上述CPS-SPWM脉冲的快速生成供给了重要保障。
