有几种方法可以为三相逆变器应用生成RPWM？

建议的 RPWM 方案
驱动三相逆变器的 RPWM 方案的框图如图 1 所示。


图 1：建议方案的框图

两个锯齿信号，标记为 p2 和 p3（值范围：0-1），相位相差 180°C，与恒定值 p1（值范围：0-1）进行比较，得出标记为 p5 和 p6 的不同类型的脉冲。p5 和 p6 脉冲的波形如图 2 和图 3 所示。采用图 4 所示波形的二进制伪随机数发生器（标记为 p4），使用上面框图中所示的逻辑运算符从信号 p5 和 p6 中随机选择一个脉冲。这会生成一系列脉冲 p10，如图 5 所示。信号 p10 通过 AND 门，同样的还有脉冲发生器 1 到 6 所生成的 10ms 长脉冲，标记为 p11、p12、p13、p14、p15 和 p16。请注意，对于完整的 180˚C 导通模式，脉冲发生器的输出脉冲相对于彼此有 60˚C 的相位差。最后，在 AND 操作之后，信号 p17、p18、p19、p20、p21 和 p22 成为三相逆变器的功率级中采用的功率开关的栅极驱动信号。

根据施加的栅极信号接通和断开开关（通常是 MOSFET 或 IGBT），以获得逆变器输出端的三相平衡电压波形。


图 2：RPWM 方案中几个阶段的模拟信号波形

在 Matlab/Simulink 环境中对 50 Hz（基波）RPWM 三相逆变器系统进行仿真，相间输出波形如图 3 所示。输出电压波形有效地由随机信号 p10 调制，并实现 120 ˚C 的相移。


图 3：模拟的输出相间电压波形

参考值的选择
参考信号 p1 提供了一种根据主观声响应控制特定应用的逆变器输出的频谱内容的方法。从 1 到 0.5 的参考值变化使频谱内容变平，从而减轻了开关频率倍数处的尖峰。不过，这也降低了信号基波分量的幅度。图 4 显示了对于 Vdc = 312V 和载波频率= 12.5kHz，输出相间电压的频谱内容如何在参考值从 p1 = 0.8 减小到 p1 = 0.5 时发生变化。


图 4：频谱随参考值的变化而变化

不推荐将参考值进一步降低到 0.5 以下，因为开关频率的倍数尖峰开始增多，而且基波分量也会降低。

GreenPAK 设计


图 5：SLG46620 在 RPWM 方案中的角色
图 5 显示了 Dialog CMIC SLG46620 如何在整个方案中发挥功能。CMIC 的基本操作是生成随机 PWM 调制信号，该信号施加在逆变器功率级中使用的开关装置的栅极端子处。


图 6：设计矩阵 0


图 7：设计矩阵 1

逆变器输出电压的基频选择为 50 Hz。选择 SLG46220 是因为它提供了足够的资源来执行预期的设计。矩阵 0 和 1 设计分别如图 6 和图 7 所示。在矩阵 0 中，通过以级联（concatenated）方式连接 DFF，并在反馈环路中使用异或门生成伪随机信号（PBRS）P0，如图 6 所示。DFF 由来自振荡器模块 OUT0 的 12.5kHz 时钟信号驱动。

对于锯齿载波信号的生成，建议使用 FSM 块。在 UP = 0 的设定模式下配置的 FSM0 和 FSM1 分别由计数器 CNT1/DLY1 和 CNT3/DLY3 馈送，生成频率为 1.6875MHz 的脉冲。两个 FSM 中的计数器值设置为 134（输出周期 80 us），以实现所需的 12.5 kHz 分立锯齿信号。为了在两个锯齿信号之间实现 180 °C 相移，在 FSM1 使用由 CNT9/DLY9 馈送的管道延迟 40μs 后，启用 FSM0。   

两个锯齿波载波信号通过 FSM0 和 FSM1 的 Q 字节输出端口馈入 DCMP0 和 DCMP1，与恒定参考信号（在寄存器 DCMP0 和 DCMP1 内配置）进行比较，如图 7 所示。由于计数器运行达到值 134，参考值相对于 134 给出，例如 67 等于 0.5（67/134）的值。两个 DCMP（p5 和 p6）的输出进一步与来自 LFSR（p4）的输出信号及其反相值（p7）一起传递到两个 AND 门。向或门馈入这些 AND 门的输出，以随机获得 DCMP 的两个输出之一。或门的输出（p10）还进一步用于调制逆变器的驱动信号。

计数器 CNT0 / DLY0 被配置为生成周期为 10ms 的脉冲，以便生成 50Hz 频率（基波）的输出电压。这些脉冲被馈送到以反相模式配置的 DFF，输出反馈到输入，以生成 50Hz 方波脉冲序列。为确保标记为 p11 至 p16 的输出脉冲相位相差 60 °C，建议使用管道延迟模块。将计数器 CNT5/DLY5、CNT6/DLY6 和 CNT7/DLY7 级联以提供周期为 3.33ms 的脉冲。这些脉冲通过非门馈入管道延迟，因为管道延迟通过计算输入上升沿的数量产生延迟，而计数器通过复位输入复位为 0，生成重复的下降沿，周期为 3.33 ms。输出 0 和 1 的管道延迟分别为输入脉冲提供 3.33 ms 和 6.66 ms 的时间延迟。三个信号，即管道延迟的输入和两个延迟输出，被进一步反相，以提供彼此相移 60°的共 6 个脉冲（p11-p16）。这些 50 Hz、60˚C 相移脉冲与随机脉冲序列（p10）一起进一步被传递到 AND 门，为 3 相逆变器提供最终驱动信号。

实验结果
我们开发了图 8 中描绘的硬件原型，以实验验证所提出的 RPWM 方案。为确保同一支路中的两个开关不会同时打开，我们在硬件中生成了一个死区。


图 8：原型硬件


图 9：放大的相间输出电压波形


图 10：参考值为 0.8 的 Vab、Vac 和 FFT



图 11：参考值为 0.5 的 Vab、Vac 和 FFT

图 9 显示了输出相间电压的放大波形。很明显，波形是根据需要随机调制的。

在图 10 中，显示了输出相间电压信号 Vab（黄色）和 Vac（蓝色）。此外，还显示了参考值≈0.8（107/134）的 Vab（红色）的 FFT 图。尽管频谱中的扩展是明显的，但是如理论所示，观察到两倍于开关频率的尖峰，即 25kHz。

图 11 显示了参考值= 0.5（67/134）时的输出相间电压信号 Vab（黄色）和 Vac（蓝色）以及 Vab（红色）的 FFT 图。可以看到频谱变得更平坦，而且实现了显著的扩散。