[实用新型]脉宽调制信号发生器

说明书

本发明属于交流电机调速传动脉宽调制（PWM）变频调速系统的PWM信号发生器。

目前广泛采用的是一种正弦波脉宽调制法（SPWM）即用等腰三角形的载波和参考正弦波相比较，其交点确定换流点的方法。这种方法，载波和参考正弦波必须同步，且保持为参考波频率的偶数倍，以改善输出波形的谐波含量，此法比较复杂。为了简化控制系统，近几年国内外采取许多新方法，如采用具有饱和幅值三角载波的PWM逆变器，它不需要对载波与参考波进行同步，使控制系统得到简化，但获得PWM模型，仍然采用了SPWM法或梯形波与三角载波相比较的复杂方法。在八十年代前后，英国麦纳德    （MULLARD）公司，按SPWM原理研制了大规模集成电路构成的全数字化PWM信号发生器，使用了大约1500个门电路，型号为HEF4752V。之后日本日立公司也研制了专门和微处理机相配合，用于产生PWM信号和实现其它转换、保护、调节功能的大规模集成电路（LSI），在一片6.0mm×6.1mm的大规模集成块上，有大约9000个金属氧化半导体晶体管。

本发明的目的在于提供一个按照连续移相原理研制成功的新型PWM信号发生器。比用正弦波脉宽调制法原理研制的PWM信号发生器简单得多。

本发明的目的是通过以下方法来达到的。就是按已申请专利“交流电机两重式交交变频调速装置”（申请号86106905）的移相原理，获得对交直交PWM逆变器新的调制方法，并保持输出波形接近正弦。

实践已经证明若电源输入频率为f_iHz，移相频率（或控制频率）为f_kHz，则输出频率f_o以Hz计为：f_o＝f_i－f_k，即输出频率f_o为电源频率f_i和移相频率f_k的代数和。连续移相控制，实际上就是两种不同频率f_i和f_k的方波的逻辑组合。应用这个原理和方法可以很方便地设计出一种由三相方波发生器、三分频环形计数器和逻辑门电路组成的新型PWM信号发生器。由于PWM逆变器的电源电压是直流，因此在控制电路中可以任意选择输入频率f_i的频率数值。三相方波即三个互差120°电角的方波，它的频率是平滑可调的，这比正弦波发生器要简单得多，且不需要调节它的幅值。三分频环形计数器是一个典型的电路，它和三相方波发生器由共同的直流电压u_g来控制。由电源输入频率f_i和控制频率f_k两种不同频率的方波组成的逻辑门电路，经典型的大功率晶体管的基极驱动电路，即可实现PWM变频。当单项输出时可采用一对晶体管的主回路，当三相输出时可采用通用的桥式逆变器电路。

本发明比现有技术有以下优点：1、调制电路比目前已知的各种方法都简单得多，若采用大规模集成电路设计这种PWM信号发生器，只需大约100个门电路或500个晶体管即可实现，因而生产成本仅占国外的20～30％；2、同一种比SPWM法谐波幅值更低的梯形波调制法比较，本发明的各次谐波含量都较低，且连续移相法所取N_P＝48，而梯形波调制法所取N_P＝8.3（见美国电气与电子工程师学会期刊杂誌工业应用卷，21期第5号，1985年1193页，原文IEEE、Trans.voI IA－21 NO·5 sepf／ocf·1985）因Np越大，谐波必然越小，所以连续移相法具有明显的优越性。3、只要给定任一输出频率f_o和输出电压波每半周的脉冲数Np，则控制频率f_k和输出频率f_i均可由简单公式算出；而且输出频率f_o与控制频率f_k，输入频率f_i都是线性关系，从而使控制电路更简化。

以下将结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图1为脉宽调制（PWM）信号发生器的框图