專利名稱：多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置及變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種脈沖產(chǎn)生裝置及采用該脈沖產(chǎn)生裝置的變頻器，尤其涉及一種多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置及采用該多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置的變頻器。
背景技術(shù)：
目前，在中、高壓變頻領(lǐng)域中，基于模塊式架構(gòu)的變頻器系統(tǒng)，為了產(chǎn)生多路具有嚴(yán)格相位關(guān)系的正弦脈寬調(diào)制(Sinusoidal Pulse-WidthModulation，SPWM)驅(qū)動(dòng)波形，普遍采用微程序控制器(Micro ControllerUnit，MCU)與定時(shí)芯片結(jié)合的方式。使用微程序控制器產(chǎn)生基本的正弦脈寬調(diào)制脈沖數(shù)值，然后寫(xiě)入到可編程定時(shí)芯片如8253，由定時(shí)芯片產(chǎn)成脈沖，最終由多片定時(shí)芯片產(chǎn)生多路具有一定相位差的脈沖。
采用上述現(xiàn)有技術(shù)方式存在的缺點(diǎn)如下第一，每個(gè)定時(shí)芯片對(duì)應(yīng)固定組輸出，所以要多路輸出是要搭配適當(dāng)數(shù)量的定時(shí)芯片，當(dāng)應(yīng)用于不同輸出組數(shù)時(shí)，需要更換不同的定時(shí)芯片，如3組、6組和10組搭配的定時(shí)芯片各不相同；第二，由于輸出與定時(shí)芯片是硬件連接的，所以不能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的組數(shù)的動(dòng)態(tài)配置，無(wú)法滿足如冗余，故障保護(hù)等需要?jiǎng)討B(tài)改變組配置的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)變頻器系統(tǒng)采用的脈沖產(chǎn)生裝置應(yīng)用靈活性差及無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的組數(shù)動(dòng)態(tài)配置的缺陷，本實(shí)用新型提供一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的組數(shù)動(dòng)態(tài)配置的多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置。
本實(shí)用新型還提供一種采用上述多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置的變頻器。
本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題所提供的一種技術(shù)方案是提供一種多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置，該裝置包括數(shù)字信號(hào)處理模塊和脈沖產(chǎn)生單元，該數(shù)字信號(hào)處理模塊包括輸入端和脈沖周期信號(hào)輸出端，該脈沖產(chǎn)生單元包括定時(shí)器和多個(gè)計(jì)數(shù)器，該定時(shí)器包括連接至該數(shù)字信號(hào)處理模塊的脈沖周期信號(hào)輸出端的脈沖周期信號(hào)輸入端和定時(shí)信號(hào)輸出端，每一計(jì)數(shù)器包括連接至該數(shù)字信號(hào)處理模塊的脈沖周期信號(hào)輸出端的脈沖周期信號(hào)輸入端、連接至該定時(shí)器的定時(shí)信號(hào)輸出端的定時(shí)信號(hào)輸入端和脈沖信號(hào)輸出端。
本實(shí)用新型還提供一種具有主控板的變頻器，該變頻器的主控板包括電源、時(shí)鐘振蕩器、多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置和存儲(chǔ)器，該電源為時(shí)鐘振蕩器、多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置和存儲(chǔ)器提供工作電壓，該時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)并提供至多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置，該多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置包括數(shù)字信號(hào)處理模塊和脈沖產(chǎn)生單元，該數(shù)字信號(hào)處理模塊包括輸入端和脈沖周期信號(hào)輸出端，該存儲(chǔ)器接收并存儲(chǔ)由該數(shù)字信號(hào)處理模塊的脈沖周期信號(hào)輸出端輸出的信號(hào)，該脈沖產(chǎn)生單元包括定時(shí)器和多個(gè)計(jì)數(shù)器，該定時(shí)器包括連接至該數(shù)字信號(hào)處理模塊的脈沖周期信號(hào)輸出端的脈沖周期信號(hào)輸入端和定時(shí)信號(hào)輸出端，每一計(jì)數(shù)器包括連接至該數(shù)字信號(hào)處理模塊的脈沖周期信號(hào)輸出端的脈沖周期信號(hào)輸入端、連接至該定時(shí)器的定時(shí)信號(hào)輸出端的定時(shí)信號(hào)輸入端和脈沖信號(hào)輸出端。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置由于采用該數(shù)字信號(hào)處理模塊結(jié)合包括定時(shí)器和多個(gè)計(jì)數(shù)器的脈沖產(chǎn)生單元，利用該數(shù)字信號(hào)處理模塊高效的數(shù)字處理能力和脈沖產(chǎn)生單元高速并行處理能力，可以實(shí)現(xiàn)理想的功能，脈沖產(chǎn)生單元可以通過(guò)定時(shí)器和多個(gè)計(jì)數(shù)器靈活的進(jìn)行重配置，適用不同的正弦脈寬調(diào)制組數(shù)需要，無(wú)需變更硬件，即實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖信號(hào)的組數(shù)動(dòng)態(tài)配置。如上所述，本實(shí)用新型采用該多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置的變頻器簡(jiǎn)化了產(chǎn)品系列化的程序，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖信號(hào)的組數(shù)的動(dòng)態(tài)配置。

圖1是本實(shí)用新型多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置的模塊示意圖；圖2是本實(shí)用新型采用圖1所示的多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置的變頻器主控板的模塊示意圖。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參閱圖1，是本實(shí)用新型多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置的一種實(shí)施方式的示意圖。該多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置包括數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，DSP)模塊10和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field-Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)20。該數(shù)字信號(hào)處理模塊10包括速度給定端S0、其他給定端S1、工藝反饋端S2、其他反饋端S4和脈沖周期信號(hào)輸出端AD，該速度給定端S0、其他給定端S1、工藝反饋端S2、其他反饋端S4均為信號(hào)輸入端。該現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20包括定時(shí)器200和多個(gè)計(jì)數(shù)器210，該定時(shí)器200包括脈沖周期信號(hào)輸入端ADI和定時(shí)信號(hào)輸出端T，每一計(jì)數(shù)器包括脈沖周期信號(hào)輸入端ADI、定時(shí)信號(hào)輸入端TI、脈沖信號(hào)輸出端SPWMX和SPWMY。該脈沖周期信號(hào)輸出端AD、該定時(shí)器的脈沖周期信號(hào)輸入端ADI以及每一計(jì)數(shù)器的脈沖周期信號(hào)輸入端ADI都以地址/數(shù)據(jù)總線形式的表現(xiàn)。
該數(shù)字信號(hào)處理模塊10根據(jù)速度給定端S0和其他給定端S1的給定數(shù)據(jù)，并結(jié)合工藝反饋端S2和其他反饋端S4的反饋數(shù)據(jù)計(jì)算出當(dāng)前輸出適當(dāng)?shù)?2位數(shù)字信號(hào)，并由該脈沖周期信號(hào)輸出端AD輸出，該32位數(shù)字信號(hào)表示脈沖波形的脈沖周期。
該現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20為脈沖產(chǎn)生單元，該定時(shí)器200通過(guò)脈沖周期信號(hào)輸入端ADI接收該表示脈沖波形的周期的32位數(shù)字信號(hào)，并由定時(shí)信號(hào)輸出端T輸出對(duì)應(yīng)于該脈沖波形的周期的24位脈沖控制信號(hào)。每一計(jì)數(shù)器210的定時(shí)信號(hào)輸入端TI接收計(jì)數(shù)控制信號(hào)，每一計(jì)數(shù)器210的脈沖周期信號(hào)輸入端ADI接收由該數(shù)字信號(hào)處理模塊10輸出的脈沖波形的周期的32位數(shù)字信號(hào)，而且每一計(jì)數(shù)器210在計(jì)數(shù)控制信號(hào)控制下對(duì)該數(shù)字信號(hào)處理模塊10寫(xiě)入的數(shù)值信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以該計(jì)數(shù)器210的最高位作為脈沖輸出，并由該計(jì)數(shù)器210的脈沖信號(hào)輸出端SPWMX和SPWMY輸出。
如上所述，該數(shù)字信號(hào)處理模塊10只負(fù)責(zé)數(shù)值運(yùn)算，把波形產(chǎn)生任務(wù)分配到該現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20產(chǎn)生，每一計(jì)數(shù)器210接收該數(shù)字信號(hào)處理模塊10寫(xiě)入的32位數(shù)值數(shù)據(jù)，然后在該定時(shí)器200輸出的同步定時(shí)信號(hào)的控制下，由內(nèi)部時(shí)序邏輯產(chǎn)生與32位數(shù)值數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的正弦脈寬調(diào)制的脈沖波形。
本實(shí)施方式中，該多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置采用該數(shù)字信號(hào)處理模塊10結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20，利用該數(shù)字信號(hào)處理模塊10高效的數(shù)字處理能力和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20高速并行處理能力，將脈沖產(chǎn)生方式由主從方式改為多路獨(dú)立方式。每一路脈沖由獨(dú)立的電路產(chǎn)生，各路之間嚴(yán)格的相位關(guān)系通過(guò)高速時(shí)鐘來(lái)保證。因此產(chǎn)生多路脈沖的相位精確，一致性好。
由于采用該數(shù)字信號(hào)處理模塊10結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20，利用該數(shù)字信號(hào)處理模塊10高效的數(shù)字處理能力和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20高速并行處理能力，可以實(shí)現(xiàn)理想的功能。現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20可以靈活的進(jìn)行重配置，適用不同的正弦脈寬調(diào)制組數(shù)需要，無(wú)需變更硬件，即實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的組數(shù)動(dòng)態(tài)配置。系列化的產(chǎn)品也可以共用系統(tǒng)的控制電路板。節(jié)省開(kāi)發(fā)成本和維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)。
請(qǐng)參閱圖2，是采用上述實(shí)施方式的多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置的變頻器主控板的模塊示意圖。該變頻器是一6000V高壓變頻器，其主控板包括上述實(shí)施方式中的數(shù)字信號(hào)處理模塊10、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20以及電源30、時(shí)鐘振蕩器40、數(shù)字量輸入單元50、模擬量輸入單元60、通信接口70、內(nèi)存單元80、存儲(chǔ)器90和脈沖輸出單元5。該電源30使用線性穩(wěn)壓IC產(chǎn)成需要的5V和2.5V工作電源，且該電源30為數(shù)字信號(hào)處理模塊10、時(shí)鐘振蕩器40、數(shù)字量輸入單元50、模擬量輸入單元60、通信接口70、內(nèi)存單元80和存儲(chǔ)器90提供5V工作電源，該電源30為現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20提供2.5V工作電源。該數(shù)字信號(hào)處理模塊、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20、內(nèi)存單元80、存儲(chǔ)器90等模塊以總線連接。
采用時(shí)鐘振蕩器40產(chǎn)生40M系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)提供至該數(shù)字信號(hào)處理模塊10和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20。各種給定和反饋信號(hào)通過(guò)數(shù)字量輸入單元50和模擬量輸入單元60以數(shù)據(jù)信號(hào)輸入到數(shù)字信號(hào)處理模塊10中，該數(shù)字信號(hào)處理模塊10在上位機(jī)及觸摸屏通過(guò)通信接口70的監(jiān)控下進(jìn)行工作，在運(yùn)行狀態(tài)下，數(shù)字信號(hào)處理模塊10根據(jù)給定信號(hào)，參數(shù)計(jì)算出當(dāng)前的正弦脈寬調(diào)制的脈沖數(shù)值，通過(guò)總線寫(xiě)入現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20，由現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20產(chǎn)生多組正弦脈寬調(diào)制的脈沖波形輸出。
該主控板可實(shí)現(xiàn)多種配置，配置通過(guò)在線下載器直接下載到現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列20中進(jìn)行配置，通過(guò)配置可滿足6000V下的6組，也可以滿足10KV 10組。實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)從3到10組的可配置組數(shù)。同時(shí)可以通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理模塊10軟件控制的方式實(shí)現(xiàn)既定組下的動(dòng)態(tài)配置。例如在6000V配置下，當(dāng)一組功率模塊出現(xiàn)故障時(shí)，可以動(dòng)態(tài)屏蔽故障組，實(shí)現(xiàn)5組降額運(yùn)行，不中斷用戶負(fù)載工作。這同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)冗余功能上。
權(quán)利要求1.一種多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于包括數(shù)字信號(hào)處理模塊和脈沖產(chǎn)生單元，該數(shù)字信號(hào)處理模塊包括輸入端和脈沖周期信號(hào)輸出端，該脈沖產(chǎn)生單元包括定時(shí)器和多個(gè)計(jì)數(shù)器，該定時(shí)器包括連接至該數(shù)字信號(hào)處理模塊的接收脈沖周期定時(shí)信號(hào)輸出的脈沖周期地址/數(shù)據(jù)總線，每一計(jì)數(shù)器包括連接至該數(shù)字信號(hào)處理模塊的接收脈沖周期信號(hào)輸出脈沖周期地址/數(shù)據(jù)總線、連接至該定時(shí)器的定時(shí)信號(hào)輸出端的定時(shí)信號(hào)輸入端和脈沖信號(hào)輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于該脈沖周期信號(hào)輸出端、該定時(shí)器的脈沖周期信號(hào)輸入端以及每一計(jì)數(shù)器的脈沖周期信號(hào)輸入端都以地址/數(shù)據(jù)總線形式的表現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求1所述的多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于該數(shù)字信號(hào)處理模塊根據(jù)其輸入端接收的給定數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)計(jì)算出脈沖周期信號(hào)并由脈沖周期信號(hào)輸出端輸出，該定時(shí)器的脈沖周期信號(hào)輸入端接收該脈沖周期信號(hào)，并產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)由定時(shí)信號(hào)輸出端輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于每一計(jì)數(shù)器由其脈沖周期信號(hào)輸入端接收該脈沖周期信號(hào)，由其定時(shí)信號(hào)輸入端接收該同步時(shí)鐘信號(hào)，并由脈沖信號(hào)輸出端輸出與該脈沖周期信號(hào)對(duì)應(yīng)的脈沖波形。
5.如權(quán)利要求3所述的多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于該數(shù)字信號(hào)處理模塊的輸入端包括給定數(shù)據(jù)端和反饋信號(hào)端，由該給定數(shù)據(jù)端輸入給定數(shù)據(jù)，由該反饋信號(hào)端輸入反饋數(shù)據(jù)。
6.一種具有主控板的變頻器，該變頻器的主控板包括電源、時(shí)鐘振蕩器、多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置和存儲(chǔ)器，該電源為時(shí)鐘振蕩器、多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置和存儲(chǔ)器提供工作電壓，該時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)并提供至多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于該多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置包括數(shù)字信號(hào)處理模塊和脈沖產(chǎn)生單元，該數(shù)字信號(hào)處理模塊包括輸入端和脈沖周期信號(hào)輸出端，該存儲(chǔ)器接收并存儲(chǔ)由該數(shù)字信號(hào)處理模塊的脈沖周期信號(hào)輸出端輸出的信號(hào)，該脈沖產(chǎn)生單元包括定時(shí)器和多個(gè)計(jì)數(shù)器，該定時(shí)器包括連接至該數(shù)字信號(hào)處理模塊的脈沖周期信號(hào)輸出端的脈沖周期信號(hào)輸入端和定時(shí)信號(hào)輸出端，每一計(jì)數(shù)器包括連接至該數(shù)字信號(hào)處理模塊的脈沖周期信號(hào)輸出端的脈沖周期信號(hào)輸入端、連接至該定時(shí)器的定時(shí)信號(hào)輸出端的定時(shí)信號(hào)輸入端和脈沖信號(hào)輸出端。
7.如權(quán)利要求6所述的變頻器，其特征在于該數(shù)字信號(hào)處理模塊根據(jù)其輸入端接收的給定數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)計(jì)算出脈沖周期信號(hào)并由脈沖周期信號(hào)輸出端輸出，該定時(shí)器的脈沖周期信號(hào)輸入端接收該脈沖周期信號(hào)，并產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)由定時(shí)信號(hào)輸出端輸出，每一計(jì)數(shù)器由其脈沖周期信號(hào)輸入端接收該脈沖周期信號(hào)，由其定時(shí)信號(hào)輸入端接收該同步時(shí)鐘信號(hào)，并由脈沖信號(hào)輸出端輸出與該脈沖周期信號(hào)對(duì)應(yīng)的脈沖波形。
8.如權(quán)利要求7所述的變頻器，其特征在于該變頻器進(jìn)一步包括數(shù)字信號(hào)輸入單元和模擬信號(hào)輸入單元，給定數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)通過(guò)該數(shù)字信號(hào)輸入單元和模擬信號(hào)輸入單元提供給該數(shù)字信號(hào)處理模塊，該數(shù)字信號(hào)處理模塊的輸入端包括給定數(shù)據(jù)端和反饋信號(hào)端，由該給定數(shù)據(jù)端輸入給定數(shù)據(jù)，由該反饋信號(hào)端輸入反饋數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求7所述的變頻器，其特征在于該脈沖周期信號(hào)輸出端、該定時(shí)器的脈沖周期信號(hào)輸入端以及每一計(jì)數(shù)器的脈沖周期信號(hào)輸入端都以地址/數(shù)據(jù)總線形式的表現(xiàn)。
10.如權(quán)利要求7所述的變頻器，其特征在于該變頻器進(jìn)一步包括與外圍設(shè)備連接的通信接口。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置，該多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置包括數(shù)字信號(hào)處理模塊和脈沖產(chǎn)生單元，該數(shù)字信號(hào)處理模塊包括輸入端和脈沖周期信號(hào)輸出端，該脈沖產(chǎn)生單元包括定時(shí)器和多個(gè)計(jì)數(shù)器，該定時(shí)器包括連接至該數(shù)字信號(hào)處理模塊的脈沖周期信號(hào)輸出端的脈沖周期信號(hào)輸入端和定時(shí)信號(hào)輸出端，每一計(jì)數(shù)器包括連接至該數(shù)字信號(hào)處理模塊的脈沖周期信號(hào)輸出端的脈沖周期信號(hào)輸入端、連接至該定時(shí)器的定時(shí)信號(hào)輸出端的定時(shí)信號(hào)輸入端和脈沖信號(hào)輸出端。該多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖信號(hào)的組數(shù)動(dòng)態(tài)配置。本實(shí)用新型還提供一種采用該多路正弦脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生裝置的變頻器。
文檔編號(hào)H02M1/08GK2867714SQ20062005385
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日
發(fā)明者黃榮宇, 武貴林, 周邦華 申請(qǐng)人:深圳市中傳電氣技術(shù)有限公司