[实用新型]一种基于SPMW的信号发生器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种信号发生器，尤其涉及一种在结合DDS，FPGA，MCU等芯片的先进技术基础上，采用硬件调制法把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的SPWM波形的基于SPMW的信号发生器。 

背景技术

PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 

SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）正弦规率脉冲宽度调制，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式。SPWM的脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。 

随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等。PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术，微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论，非线性系统控制思 想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有以下几类方法：相电压控制PWM、线电压控制PWM、电流控制PWM、矢量控制PWM等。 

SPWM法是相电压控制PWM中的一种控制方法。SPWM法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。 

虽然SPWM技术已在诸多领域中得到肯定和应用，但较经典的正弦波等信号尚未有可任意设置覆盖实际应用需要的SPWM信号发生器。 

SPWM控制技术主要应用在电力电子技术行业，包括太阳能发电、风力发电、电机调速、直流供电、逆变电源等领域，由于其四象限变流的特点，可以反馈再生制动的能量，对于目前国家提出的节能减排具有积极意义。 

SPWM具有输出波形中低次谐波含量低、噪声小等优点，已为交流传动、UPS系统、变频调压电源和不间断电源中得到了广泛的应用，在允许的范围内提高载波频率是充分发挥脉宽调制优越性的努力方向，而提高PWM数字信号的控制精度亦是改善输出波形质量的重要环节。目前各行各业对电气设备的控制性能日益提高，对SPWM信号的控制精度要求也越来越高。但是当前市场上并没有专用的SPWM信号发生器，所以本课题的成果在相关领域中具有重大作用。可供相关领域中在SPWM应用中提供专业工具，能提供全方位试验支持，将缩短相应产品的研制周期及性能的提高。 

传统的采用模拟电路进行控制的手段，它虽然具有很好的实时性，但硬件 电路实现相当复杂、可修改性差、控制不够灵活、稳定性差、受环境影响大。数字化控制具有速度快、控制精度高以及控制方案灵活的优点，并且可以利用较少的器件获得更理想的结果，因此具有很高的应用价值。 

SPWM法的实现有以下几种方案： 

（1）、等面积法 

该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点，可以准确地计算出各开关器件的通断时刻，其所得的波形很接近正弦波，但其存在计算繁琐，数据占用内存大，不能实时控制的缺点。 

（2）、硬件调制法