La Conception et la Mise en Oeuvre FPGA de Commandes Multi-PWM

La conception et la mise en œuvre FPGA de commandes multi-PWM

1. Le but du projet

Dans le projet on va étudier et implémenter la commande numérique PWM (Pulse Width Modulation) d`un inverseur multi niveau (Fig.1).Pour l`implémentation on utilisé le programme Quartus et le langage de programmation VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language). Pour tester la commande,on a besoin d`une carte FPGA (Field Programmable Gate Array). Le convertisseur utilisé pour des expériences , c`est un inverseur avec 3 niveaux de tension : 3L-ANPC (Active Neutral Point Clamped).

Fig. 1- Le convertisseur 3L-ASNPC: a)Modèle expérimental b) Carte de commande FPGA.

2. La modélisation PSIM de la structure 3L-ANPC

Generalité

Ces dernières années, des convertisseurs statiques sont de plus en plus exploités dans des applications diverses. On les retrouve dans des applications domestiques, le transport ferroviaire, urbain ou maritime, et même dans plusieurs industries. Certaines d’entre elles exigent une alimentation électrique à haute ou moyenne tension, facilement réglable et ayant de bonnes performances spectrales.

Pour contourner la limitation en tension de blocage des principaux interrupteurs de puissance, de nouvelles techniques dites multiniveaux ainsi que de nouvelles topologies de convertisseurs ont été développées. Celles-ci sont une association série-parallèle des semi-conducteurs existants. Elles permettent de générer plusieurs niveaux de tension à la sortie du convertisseur.

Le nombre de semi-conducteurs nécessaires à la réalisation de ces topologies augmente avec le nombre de niveaux désirés. La complexité de leur structure s’en trouve augmentée et leur fiabilité réduite.

Cette thèse est focalisée sur l’étude des convertisseurs multiniveaux triphasés dont la topologie est basée sur la mise en série de plusieurs onduleurs monophasés (cellules partielles) sur la même phase. Elle montre qu’en alimentant les cellules partielles par des tensions continues de valeurs différentes (alimentation asymétrique), il est possible d’augmenter le nombre de niveaux à la sortie du convertisseur, sans complexité supplémentaire à sa structure.

Elle exploite la possibilité d’interpolation de la résolution du phaseur spatial de la tension à la sortie du convertisseur en recherchant la non-redondance des états d’enclenchement des semi-conducteurs de puissance. Le convertisseur génère ainsi une tension à très forte résolution, voire à résolution maximale.

Multi-niveaux topologies sont des solutions pour plus de 30 années par les semi-conducteurs de puissance reliant la série. Ces structures de distribuer seule une fraction de la tension d'entrée aux dispositifs semi-conducteurs, tout en améliorant la qualité de forme d'onde à la sortie.

La première topologie multi-niveaux a consisté en une connexion en série de monophasé onduleurs avec des sources DC séparé. Cette structure a été suivie par le 3L-SC (cellules empilées) notion de conversion. Le pionnier 3L-NPC (Point neutre serré) convertisseur (Fig. 2.a) a été introduit dans le début des années 1980 C'est la structure de conversion le plus populaire à plusieurs niveaux dans l'industrie. Plus tard, une autre invention introduit le concept de l'3L-FC (Flying condensateur).

Les performances structure de 3L-PNJ ont été améliorées par le 3L-ANPC (Actif NPC) et le 3L-SNPC (Stacked NPC). Le convertisseur 3L-ANPC (Fig. 2.b) et le convertisseur 3L-SNPC (Fig. 2.c) ont plus de zéro états de commutation que le convertisseur 3L-NPC et sont utilisés pour le double de la fréquence de commutation apparent et pour mieux équilibrer les pertes de puissance des commutateurs. Nos jous, le 3L-ASNPC (Actif SNPC) convertisseur (fig. 2.d) a plus de degrés de liberté que les 3L-ANPC et les convertisseurs 3L-SNPC qui sont utilisés pour améliorer la statique conversion.

Modélisation PSIM de la structure 3L-ANPC

La schéma de la structure 3L-ANPC

Le convertisseur 3L-ANPC a deux commutateurs actifs qui sont antiparallèles reliés aux diodes pince. Le convertisseur est constitué de six commutateurs qui forment trois cellules de commutation de base (S1-S1c, S2 et S3-S2C-S3c). Les trois cellules de commutation sont contrôlés par les cycles de α1, α2 et α3