三相交錯式雙向DC／DC儲能變流器的研究
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式中：t0為VS1關(guān)斷時刻；t1，t2為VS2開通與關(guān)斷時刻；t3，t4為VS3開通與關(guān)斷時刻。
變流器穩(wěn)態(tài)工作時，△iL1+=△iL1-，則有：
Uo／Ui=D1+D2+D3=D (6)
為了便于PWM驅(qū)動波形的移相設(shè)計，取D1=D2=D3=D／3。當VS2，VS，開斷及Boost模式下結(jié)論相同。三相交錯變流器工作在Buck模式時，3個橋臂的工作時序如圖2a～c所示。前T／3，VS1以D／3開斷；中間T／3周期，VS3以D／3開斷；后T／3，VS5以D／3開斷。當功率管開通時，Ui直接加在輸出端，當功率管關(guān)斷時，功率二極管實現(xiàn)續(xù)流作用。同理，三相交錯變流器工作在Boost模式時，3個橋臂工作時序如圖2d～f所示。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/230789.htm
該系統(tǒng)設(shè)定Buck模式對蓄電池充電，Boost模式蓄電池放電。如圖2所示，三相交錯Buck模式下，變流器對蓄電池充電，假設(shè)充電電流為恒定I，流經(jīng)3個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，而單相模式時相同的充電電流下iL=I。Buck模式下，電感電流紋波系數(shù)計算式為：
式中：d為開關(guān)管驅(qū)動波形的占空比；fs為開關(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行條件下，較單相模式DC／DC變流器，三相交錯模式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)動波形。雙向
DC／DC變流器可工作在獨立PWM和互補PWM兩種模式下，在此選擇獨立PWM工作方式。即當系統(tǒng)工作在Buck模式時，僅上橋臂功率管工作，所有下橋臂功率管可靠關(guān)斷；當系統(tǒng)工作在Boost模式時，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基于同一個時鐘信號產(chǎn)生PWM驅(qū)動波，各PWM波同相位，需要經(jīng)過移相才能應(yīng)用于三相交錯變流器系統(tǒng)。在此采用FPGA內(nèi)部FIFO存儲器實現(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)建方式實際都是對存儲器進行參數(shù)配置的過程，在此選用
VHDL語言創(chuàng)建該模型。該系統(tǒng)設(shè)定功率管開關(guān)頻率為5 kHz，因此DSP應(yīng)產(chǎn)生周期為200 ms的PWM驅(qū)動波形，對其進行60°和120°移相，實際就是進行200／3 ms和400／3 ms的延時。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，F(xiàn)IFO壓棧深度應(yīng)該為2 200，若要產(chǎn)生400／3 ms的延時，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，對應(yīng)地址寬度為13。系統(tǒng)Boost，Buck驅(qū)動波形相互獨立，F(xiàn)IFO位寬設(shè)置為2，分別實現(xiàn)Buck與Boost驅(qū)動波形的移相。
配置兩個FIFO模型FIFO1與FIFO2，分別設(shè)置兩個計數(shù)變量，使得FIFO1讀使能滯后寫使能2 200個系統(tǒng)時鐘周期，則產(chǎn)生60°波形移相；使得FIFO2讀使能滯后寫使能4 400個系統(tǒng)時鐘周期，則產(chǎn)生120°波形移相。最后需要對FIFO模型進行端口映射，其輸入映射到DSP的PWM輸出端，輸出映射到PEBB模塊驅(qū)動輸入端，復(fù)位信號端映射到DSP輸出移相使能端。當輸出使能端有效時，F(xiàn)PGA對三相驅(qū)動波形進行相應(yīng)移相，系統(tǒng)工作在三相交錯模式；當輸出使能無效時，F(xiàn)PGA直接輸出一相原始波形，系統(tǒng)工作在單相模式，如此可以輕松實現(xiàn)兩種模式的切換。
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