適用于逆變電源的spwm波形調制方法及調制電路的制作方法
【專利摘要】本發明摒棄了傳統的對輸出電壓的有效值采樣，和標準輸出進行比較，以其誤差對輸出電壓進行控制的方法，直接采用輸出電壓的波形和標準波形進行比較，對其誤差波形進行調制的方法。與傳統的波形調制技術不同的是，這種調制技術，反饋速度快，能對輸出波形的瞬態變化作出及時修正，能對輸出波形中的直流偏移進行自動校正，能方便的引入電流反饋，從而極大提高整個逆變器的可靠性，特別適用于逆變器負載是整流性負載、感性負載的場合。本發明將輸出低通濾波器內電感電流波形直接和電壓誤差信號進行比較，提高了逆變電源的瞬態響應能力。本發明的電壓誤差放大器設置有積分電路，可以自動校正逆變電源的直流偏移。
【專利說明】
適用于逆變電源的SPWM波形調制方法及調制電路
技術領域
[0001]本發明屬于電力電子學領域，尤其涉及適用于逆變電源的SPffM波形調制電路及調制方法。
【背景技術】
[0002]現有SPWM波形調制的常見方法是用模擬或數字電路產生一個標準正弦波，該正弦波經一增益受誤差信號控制的乘法器，對其輸出幅度進行控制后，與三角波進行比較，產生一系列脈寬隨正弦波幅度變化的脈沖串，該脈沖串由開關電源進行功率放大，濾去高頻成分，就得到了交流電源。其電路框圖如圖1所示:
[0003]這種電路雖然簡單、易于實現，但明顯存在以下缺點:
[0004]1、存在直流偏移
[0005]由于器件的離散性，導致脈寬的不對稱，從而造成輸出波形中含有直流分量，雖然有很多技術可以減少直流分量，但無法從根本上消除。當負載是電感性負載時(例如:變壓器、電動機)，直流分量對負載的傷害是致命的，輕則造成負載嚴重發熱，可靠性下降，重則造成負載損壞。
[0006]2、瞬態響應不好
[0007]由于對輸出電壓采樣信號需要經過有效值變換，轉換成直流電壓后再和基準電壓進行比較。而有效值變換電路往往需要較大的時間常數(例如:4?10個信號周期)，勢必難于響應負載的瞬態變化。
[0008]3、難于加入電流反饋環
[0009]由于SPWM波的形成是標準正弦波和標準三角波的比較，在環路中很難加入電流反饋環，從而無法實現逐脈沖電流保護，當負載發生意外時(例如:電動機堵轉、負載短路)，無法保證系統安全。
【發明內容】
[0010]本發明所要解決的技術問題是提供一種適用于逆變電源的SPWM波形調制電路及調制方法，達到反饋速度快，能對輸出波形的瞬態變化作出及時修正，能對輸出波形中的直流偏移進行自動校正，能方便的引入電流反饋，提高整個逆變器的可靠性的有益效果。
[0011 ]為解決上述技術，本發明所采用的技術方案是:
[0012]—種適用于逆變電源的SPffM波形調制方法包括以下步驟:
[0013]I)電壓比較:
[0014]標準正弦波信號和輸出波形采樣信號直接進行比較，產生電壓誤差信號；
[0015]2)電流比較:
[0016]將輸出電壓誤差信號和輸出低通濾波產生的電感電流信號在設定的開關頻率下進行比較，形成SPffM波形。
[0017]上述步驟2)的具體步驟為:
[0018]2.1)將輸出電壓誤差信號和電感電流信號進行比較，輸出電流誤差放大信號；
[0019]2.2)當電流誤差放大的輸出信號由低向高翻轉時，開始和設定開關脈沖進行相位比較，輸出相位誤差信號；
[0020]2.3)用相位誤差信號控制輸出電流誤差放大信號的偏置，形成和設定開關頻率同步的SPffM信號。
[0021 ]上述步驟I還包括對電壓誤差信號進行積分的步驟。
[0022]一種適用于逆變電源的SPmi波形調制電路，其特殊之處在于:信號源正弦波發生器一端接地，另一端連接誤差信號比較器反相輸入端，誤差信號比較器的輸出端和SPWM波調制比較器正向輸入端連接，SPWM波調制比較器輸出端和D類功率放大器連接，D類功率放大器單元通過電感電流取樣電路與低通濾波器輸入端連接，電感電流取樣電路與SPffM波調制比較器反向輸入端連接，開關頻率設定單元與SPWM波調制比較器連接，輸出電壓采樣單元一端與誤差信號比較器正向輸入端連接，另一端與低通濾波器輸出端連接。
[0023]該誤差信號比較器還可包括積分電路，所述積分電路包括積分電容，所述積分電容兩端分別與誤差信號比較器的反向輸入端和輸出端連接。
[0024]本發明的有益效果是:
[0025]1、本發明摒棄了傳統的對輸出電壓的有效值采樣，和標準輸出進行比較，以其誤差對輸出電壓進行控制的方法，直接采用輸出電壓的波形和標準波形進行比較，對其誤差波形進行調制的方法。與傳統的波形調制技術不同的是，這種調制技術，反饋速度快，能對輸出波形的瞬態變化作出及時修正，能對輸出波形中的直流偏移進行自動校正，能方便的引入電流反饋，從而極大提高整個逆變器的可靠性，特別適用于逆變器負載是整流性負載、感性負載的場合。
[0026]2、本發明將輸出低通濾波器內電感電流波形直接和電壓誤差信號進行比較，提高了逆變電源的瞬態響應能力。
[0027]3、本發明的電壓誤差放大器設置有積分電路，可以自動校正逆變電源的直流偏移。
【附圖說明】
[0028]圖1是與本發明相關的現有技術的原理框圖；
[0029]圖2是本發明的原理框圖；
[0030]圖3是本發明的電路不意圖；
[0031 ]圖4是相位比較器輸入-輸出波形示意圖；
[0032]圖5是U2、U3、CLK、Vs、CS輸出波形和逆變器輸出波形的對應關系。
【具體實施方式】
[0033]如圖2?3所示，適用于逆變電源的SPffM波形調制方法，包括以下步驟:
[0034]I)電壓比較:
[0035]標準正弦波信號和輸出波形采樣信號直接進行比較，產生電壓誤差信號;再對電壓誤差信號進行積分；
[0036]2)電流比較:
[0037]2.1)將輸出電壓誤差信號和電感電流信號進行比較，輸出電流誤差放大信號；
[0038]2.2)當電流誤差放大的輸出信號由低向高翻轉時，開始和設定開關脈沖進行相位比較，輸出相位誤差信號；
[0039]2.3)用相位誤差信號控制輸出電流誤差放大信號的偏置，形成和設定開關頻率同步的SPffM信號。
[0040]—種適用于逆變電源的SPmi波形調制電路，信號源正弦波發生器一端接地，另一端連接誤差信號比較器反相輸入端，誤差信號比較器的輸出端和SPffM波調制比較器正向輸入端連接，SPWM波調制比較器輸出端和D類功率放大器連接，D類功率放大器單元通過電感電流取樣電路與低通濾波器輸入端連接，電感電流取樣電路與SPWM波調制比較器反向輸入端連接，開關頻率設定單元與SPffM波調制比較器連接，輸出電壓采樣單元一端與誤差信號提取比較器正向輸入端連接，另一端與低通濾波器輸出端連接。
[0041]誤差信號比較器還可包括積分電路，積分電路包括積分電容，積分電容兩端分別與誤差信號提取比較器的反向輸入端和輸出端連接。
[0042]本發明的工作原理:
[0043]如圖3所示，Sin_Vo是標準的正弦波信號，Vs是輸出波形信號，它和Sin_Vo信號相位相差180°，1]1是交流加法器，它對直流信號有無窮大的放大作用^11」11信號是3111_￥0信號和Vs信號的誤差信號，CS是輸出低通濾波器電感的電流信號，CLK信號是欲調制頻率的脈沖信號，U6是相位比較器，當U2-1信號滯后CLK信號時，P-OUT是低電平；當U2-1信號超前CLK信號時，P-OUT是高電平，在其它時間端，P-out呈現高阻狀態，P-OUT與CLK信號、U2-1信號的關系如圖4所示
[0044]U4、U5是跨導運算放大器，它的輸出電流受偏置電流的控制:
[0045]1ut = gm( 土ein) = 19.2XlABcX(土ein)。
[0046]其中:Iabc是偏置電流，
[0047]ein是輸入電壓。
[0048]當開機瞬間，還未建立反饋電壓和反饋電流時，假設Sin_Vo是正半周，則Sin_in是信號，U2-1為低電平，顯然，P-out此時是高阻，U5輸出為零，相應的一組橋臂開始導通，
電感上有電流流過，CS開始增加，當CS大于Sin_in時，U2翻轉，P-OUT變為高電平，U5獲得偏流，輸出一直流電流，鎖定U2狀態，輸出關斷，CS開始下降，直到CLK脈沖前沿到來，P-out轉為高阻，開始進行下一個脈沖的比較。由于Sin_Vo是正弦波信號，電感電流的增長斜率不變，電感電流是線性增加，所以，比較的電流閥值也依正弦波規律變化，輸出的脈沖串是依正弦波規律變化的SPffM波。U2、U3、CLK、Vs、CS輸出波形和逆變器輸出波形的對應關系見圖5。
[0049]U3比較器主要是為了實現橋式電路的換相，在U4的輸入端預加有偏置電流源。因此，當Sin_Vo是正半周時，U3-1是低電平，當Sin_Vo是負半周時，U3-1是高電平。
[0050]—般的逆變橋，在正弦波過零時，容易出現交越失真。本設計因為在過零點附近有U3加入調制，幾乎沒有交越失真。
【主權項】
1.適用于逆變電源的SPffM波形調制方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)電壓比較: 標準正弦波信號和輸出波形采樣信號直接進行比較，產生電壓誤差信號； 2)電流比較: 將輸出電壓誤差信號和輸出低通濾波產生的電感電流信號在設定的開關頻率下進行比較，形成SPffM波形。2.根據權利要求1所述適用于逆變電源的SPWM波形調制方法，其特征在于:所述步驟2)的具體步驟為: 2.1)將輸出電壓誤差信號和電感電流信號進行比較，輸出電流誤差放大信號； 2.2)當電流誤差放大的輸出信號由低向高翻轉時，開始和設定開關脈沖進行相位比較，輸出相位誤差信號； 2.3)用相位誤差信號控制輸出電流誤差放大信號的偏置，形成和設定開關頻率同步的SPffM信號。3.根據權利要求1或2所述適用于逆變電源的SPWM波形調制方法，其特征在于:所述步驟I還包括對電壓誤差信號進行積分的步驟。4.適用于逆變電源的SPffM波形調制電路，其特征在于:信號源正弦波發生器一端接地，另一端連接誤差信號比較器反相輸入端，誤差信號比較器的輸出端和SPffM波調制比較器正向輸入端連接，SPWM波調制比較器輸出端和D類功率放大器連接，D類功率放大器單元通過電感電流取樣電路與低通濾波器輸入端連接，電感電流取樣電路與SPffM波調制比較器反向輸入端連接，開關頻率設定單元與SPWM波調制比較器連接，輸出電壓采樣單元一端與誤差信號提取比較器正向輸入端連接，另一端與低通濾波器輸出端連接。5.根據權利要求4所述的適用于逆變電源的SPWM波形調制電路，其特征在于:所述誤差信號比較器還包括積分電路，所述積分電路包括積分電容，所述積分電容兩端分別與誤差信號比較器的反向輸入端和輸出端連接。
【文檔編號】H02M7/539GK105915096SQ201610496313
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】陳亮, 楊丹江, 曲川
【申請人】西安太世德航空電器有限公司