專(zhuān)利名稱：：雙pwm混合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種采用PWM斬波控制電路對(duì)IGBT進(jìn)行控制的方法，屬控制^領(lǐng)域。技術(shù)背景高頻斬波控制電路因M造價(jià)低、性能優(yōu)良等特點(diǎn)而被廣泛自于異步電動(dòng)機(jī)的串極調(diào)速裝置之中，尤其是在電力、礦山、石油、建材等行業(yè)的大中型風(fēng)機(jī)、7jC泵的調(diào)速節(jié)能控制裝置中，更對(duì)咅競(jìng)睞。目前，異步電動(dòng)機(jī)的串極調(diào)速魏采用對(duì)IGBT進(jìn)行高頻斬波控制的方式，由于IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程都需要一定的時(shí)間，在斬波控制過(guò)程中，為了保證IGBT能夠可靠關(guān)斷和瓶，IGBT每微于關(guān)斷狀態(tài)的時(shí)間應(yīng)不小于"^小t機(jī)時(shí)間，織小t機(jī)時(shí)間約占高頻斬波控制的PWM信號(hào)周期的，左右，導(dǎo)致PWM斬波控制IGBT存在一約為10%的關(guān)斷死區(qū)，高頻斬波控制的調(diào)節(jié)范圍僅為0—90*左右。因此，現(xiàn)有PWM高頻斬波控制裝置存在開(kāi)通調(diào)節(jié)死區(qū)大、開(kāi)通連續(xù)調(diào)節(jié)性能差的晚g。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明用于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷、提供一種開(kāi)通調(diào)節(jié)死區(qū)小、開(kāi)通連續(xù)調(diào)節(jié)性能優(yōu)良的雙PWM混合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的方法，本發(fā)明同時(shí)還要給出實(shí)現(xiàn)該方法的電路。本發(fā)明所稱問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種雙PWMt昆合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的^法，它利用斬波控制電,制開(kāi)關(guān)器件的通斷，所述開(kāi)關(guān)器件為絕緣柵雙極晶體管IGBT，所述斬波控制電路設(shè)置兩個(gè)，分別稱之為主P麗斬波控制電路和輔PWM斬波控制電路，兩者輸出的信^M過(guò)一個(gè)與非門(mén)共同對(duì)同一個(gè)IGBT進(jìn)行控制；其中輔PWM斬波控制電路輸出信號(hào)的周期較大且為主PWM斬波控制電路輸出信號(hào)周期的整數(shù)倍，輔PWM斬波控制電路的最小關(guān)斷時(shí)間等于主PWM斬波控制電路所輸出脈沖控制信號(hào)的一個(gè)周期，由主、輔兩個(gè)PWM斬波控制電路輸出的脈沖信號(hào)作與非邏輯運(yùn)算后控制IGBT的通斷。上皿p鵬混合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的方法，為了使主、輔兩個(gè)pwm斬波控制電路始，持同步，主、輔pwm斬波控制電路的麵源采用同一:^雌生器，所述方波發(fā)生器的輸出送至主pwm斬波控制電路，輔pwm斬波控制電路則自該脈沖信^^分頻電j^后的信號(hào)。上艦p跳混合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的旅，所述主、輔pwm斬波控制電路的頻率之比為ioo)一種雙PW混合斬波控制電路，它包括主、輔兩個(gè)PWM斬波電路，它們的輸出端經(jīng)"^h與非門(mén)t2接igbt的柵極，所述主pwm斬波電路由第二三角波發(fā)生器、運(yùn)算放大器f2和鉗位二極管d2構(gòu)成，運(yùn)算放大器f2接成比較器，其正向輸入端接第二三角'雌生器，反向輸入^^兩個(gè)串聯(lián)連接的電阻接調(diào)節(jié)電壓uo，輸出端接與非門(mén)t2，兩電阻的串接點(diǎn)經(jīng)鉗位二極管d2接限幅電壓u2;所述輔pwm斬波電路由第一三角波發(fā)生器、運(yùn)算放大器f1、鉗位二極管d1和非門(mén)t1構(gòu)成，運(yùn)算放大器f1接成比較器，其反向輸入端接第一三角生器，正向輸人端經(jīng)兩個(gè)串,接的電阻接調(diào)節(jié)電壓uo，輸出離5非門(mén)t1接與非門(mén)t2，兩電阻的串接點(diǎn)經(jīng)鉗位二極管d溜限幅電壓u1。上述雙pwm混合斬波控制電路，所鄉(xiāng)二三角'雌生器由方敗成器和第二積分電路構(gòu)成、，第二積分電路的輸人端接方波生成器的輸出端，輸出端接運(yùn)算放大器f2的正向輸入端；所述第一三角、^^器由方波生成器、分頻電路和第一積分電路構(gòu)成，方波生成器的輸出端接分頻電路的輸入端，第一積分電路的輸入端接分頻電路的輸出端，輸出端接運(yùn)算放大器Fl的反向輸人端。上述雙pwm混合斬波控制電路，所述主pwm斬波電路的限幅電壓u2低于輔pwm斬波電路的限幅電壓u1。上皿pwm混合斬、,制電路，所述分頻電路的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的頻率之比為1:100。本發(fā)明設(shè)置了兩個(gè)頻莉;同的pwm斬波控制電路，它們的輸出信號(hào)經(jīng)一個(gè)與非門(mén)作邏輯運(yùn)算后對(duì)igbt進(jìn)行控制，因而任何—pwm斬波控制電路輸出低電平信號(hào)時(shí)都能使igbt導(dǎo)通。主pwm斬波電路的頻率依照一般高頻pwm斬波電路的頻率來(lái)選擇時(shí)，，獨(dú)工作時(shí)的上限死區(qū)為10%，輔pwm斬波控制電路的頻率為主pwm斬波電路的百分之一，當(dāng)兩pwm斬波控制電路的開(kāi)通時(shí)間均調(diào)整到最大時(shí)，主pwm斬波電路輸出信號(hào)中，每100個(gè)周期內(nèi)僅有對(duì)應(yīng)于輔pwm斬波電路輸出高電平關(guān)斷信號(hào)的^h周期內(nèi)的死區(qū)未被Jfii，其它99個(gè)周期內(nèi)的死區(qū)都因輔PWM斬波控制電路輸出低電平fii信號(hào)而開(kāi)通，因而有效擴(kuò)大了開(kāi)通調(diào)節(jié)范圍。本發(fā)明開(kāi)通調(diào)節(jié)死區(qū)小、皿調(diào)節(jié)性能優(yōu)良，調(diào)節(jié)范圍可達(dá)0—99似上。圖l是本發(fā)明的電原！圖；圖2是主、輔兩個(gè)PM斬波電路的同步電路原連圖。圖中各標(biāo)號(hào)為Fl、F2、運(yùn)算放大器，Tl、非門(mén)，T2、與非門(mén)，Dl、D2、鉗位二極管，Rl~R6、電阻。具鵬施方式參看圖1，本發(fā)明采用主、輔兩個(gè)PWM斬波電路同時(shí)對(duì)IGBT進(jìn)行控制，在輔PWM斬波電路中，給定調(diào)節(jié)輸入量U0依次鄉(xiāng)紐電阻R1、電阻R2接運(yùn)算放大器F1的正向輸入端，限幅二極管D1的陽(yáng)極接電阻R1、電阻R2的串接點(diǎn)，陰極接限幅電壓U1，第一三角波發(fā)生器的輸出端經(jīng)過(guò)H^電阻R3后接運(yùn)算放大器Fl的反向輸入端，運(yùn)算放大器Fl的輸出端經(jīng)非門(mén)Tl后接與非門(mén)T2的"^h輸入端；在主PWM斬波電路中，給定調(diào)節(jié)輸入量U0依次經(jīng)過(guò)電阻R4、,阻R5接運(yùn)算放大器F2的反向輸人端，限幅二極管D2的陽(yáng)極接電阻R4、電阻R5的串接點(diǎn)，陰極接限幅電壓U2，第二三角波發(fā)生器的輸出^^過(guò)一個(gè)^^電阻R6后接運(yùn)算放大器F2的正向輸入端，運(yùn)算放大器F2的輸出端接與非門(mén)T2的一輸入端，與非門(mén)T2的輸出端接IGBT的柵極，與非門(mén)T2輸出的信號(hào)即為PWM斬波控制信號(hào)。主、輔兩個(gè)PWM斬波電路參數(shù)設(shè)定值的區(qū)別有兩點(diǎn)1、主PWM斬波電路中的三角波發(fā)生器的信號(hào)頻率高于輔PWM斬波電路中的三角波發(fā)生器的信號(hào)頻率，2、主PWM斬波電路中的限幅電壓U2低于輔PWM斬波電路中的限幅電壓Ul。表l是變量之間的邏輯關(guān)系:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>對(duì)于高頻斬波控制電路而言，PWM信號(hào)控制的是IGBT的JH1和關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)PWM=0時(shí)，一船才應(yīng)IGBT的關(guān)斷；由于IGBT器件在JfiI和關(guān)斷過(guò)程中，##在一定固有的延時(shí)時(shí)間，為了保證IGBT的可靠關(guān)斷或開(kāi)通，控制IGBT的PWM信號(hào)，在由1變?yōu)?又由0變?yōu)?的過(guò)程中必須有一定的最小機(jī)時(shí)間，該最小t機(jī)時(shí)間即為PWM的瓶上限死區(qū)，對(duì)于由單一PWM構(gòu)成的高頻斬波控制電路而言，開(kāi)通上限死區(qū)一般為10%，與之對(duì)應(yīng)的PWM斬波控制調(diào)節(jié)范圍為0一90%。針對(duì)一個(gè)對(duì)連續(xù)性調(diào)節(jié)性能要求較高的場(chǎng)合，該IOS的上限死區(qū)是無(wú)法滿足要求的。如果采用圖1所示的雙P,混合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的電路，第一三角波發(fā)生器的輸出電壓UF和第二三角波發(fā)生器的輸出電壓UH由圖2所示電路給出。在圖2中，方波發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)高頻的方波信號(hào)，該方波信號(hào)一鵬第二積分電路，第二積分電路的輸出端為三角波信號(hào)UK;該方波信號(hào)另夕卜一謝妾100分頻電路的輸入端，IOO，電路的輸出端接第一積分電路，第一積分電路的輸出端為三角波信號(hào)UF。由于第一三角波發(fā)生器的輸出信號(hào)UF與第二三角波發(fā)生器的輸出信號(hào)UH是由同一個(gè)方波信號(hào)積分后生成的，所以，UF與UH的零點(diǎn)以及電壓最大徵g是同步的(分頻電路產(chǎn)生的延時(shí)可忽略)，艮嘴一三角波發(fā)生器的輸出電壓最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)第二三角波發(fā)生，一個(gè)周期信號(hào)的電M大傻《。第二三角波皿器的頻率按照高頻來(lái)選擇，調(diào)整限幅電壓U2，使UE為1的上限死區(qū)仍然為1Q%，若定義三角波發(fā)生器2的周期為T(mén)2，則UE為1的上限死區(qū)對(duì)應(yīng)的關(guān)斷時(shí)間AT為AT=0.1xT2，由于第一三角生器的頻率為第二三角:生器頻率的1/100，即若定義第一三角波發(fā)生器的周期為A，則:T,-100xT2，調(diào)整限幅電壓U1，使UC為0的上限死區(qū)對(duì)應(yīng)的時(shí)間為T(mén)"而且使U1〉U2。則當(dāng)調(diào)高給定電壓U0使之達(dá)到限幅電壓U1時(shí),由于U1XJ2，故UC和UE,于輸出上限限幅死區(qū)狀態(tài),按照表1邏輯關(guān)系所示,則總輸出PWM為0的最小關(guān)斷時(shí)間等于UE為1的上限死區(qū)對(duì)應(yīng)的時(shí)間AT,所以此時(shí)PWM對(duì)應(yīng)的關(guān)斷死區(qū)AP麗為T(mén),lOOxT,由于本發(fā)明已將關(guān)斷死區(qū)減少至0.^,故PWM的調(diào)節(jié)范圍將擴(kuò)大至0—99J。所以，本發(fā)明能夠極大減少開(kāi)通上限死區(qū)的限制，使PWM斬波控制能夠滿足高精度、寬范圍的連續(xù)調(diào)節(jié)性能的要求。權(quán)利要求1、一種雙PWM混合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的方法，其特征是，它利用斬波控制電路控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，所述開(kāi)關(guān)器件為絕緣柵雙極晶體管IGBT，所述斬波控制電路設(shè)置兩個(gè)，分別稱之為主PWM斬波控制電路和輔PWM斬波控制電路，兩者輸出的信號(hào)通過(guò)一個(gè)與非門(mén)共同對(duì)同一個(gè)IGBT進(jìn)行控制；其中輔PWM斬波控制電路輸出信號(hào)的周期較大且為主PWM斬波控制電路輸出信號(hào)周期的整數(shù)倍，輔PWM斬波控制電路的最小關(guān)斷時(shí)間等于主PWM斬波控制電路所輸出脈沖控制信號(hào)的一個(gè)周期，由主、輔兩個(gè)PWM斬波控制電路輸出的脈沖信號(hào)作與非邏輯運(yùn)算后控制IGBT的通斷。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述雙P跳混合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的方法，其特征是，主、輔PWM斬波控制電路的Mr源采用同一個(gè)皿發(fā)生器，所述方波發(fā)生器的輸出送至主PWM斬波控制電路，輔P鵬斬波控制電路則使用該脈沖信號(hào)經(jīng)分頻電l^頻后的信號(hào)。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述雙PWM混合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的方法，其特征是，所述主、輔PWM斬波控制電路的頻率之比為100:1。4、一種雙P贈(zèng)昆合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的電路，其特征是，它包括主、輔兩個(gè)P鵬斬波電路，它們的輸出端經(jīng)一個(gè)與非門(mén)(T2)接IGBT的柵極，所述主P麗斬波電路由第二三角波發(fā)生器、運(yùn)算放大器(F2)和鉗位二極管(D2)構(gòu)成，運(yùn)算放大器(F2)接成比較器，其正向輸入端接第二三角波發(fā)生器，反向輸入端經(jīng)兩個(gè)串聯(lián)連接的電阻接調(diào)節(jié)電壓(U0)，輸出端接與非門(mén)(T2)，兩電阻的串接點(diǎn)經(jīng)鉗位二極管(D2)接限幅電壓(U2);所述輔PWM斬波電路由第一三角波^i器、運(yùn)算放大器(Fl)、鉗位二極管(Dl)和非門(mén)(Tl)構(gòu)成，運(yùn)算放大器(Fl)接成比較器，其反向輸入端接第一三角M:生器，正向輸入端經(jīng)兩個(gè)串聯(lián)連接的電阻接調(diào)節(jié)電壓(UO)，輸出端經(jīng)非門(mén)(Tl)接與非門(mén)(T2)，兩電阻的串接點(diǎn)經(jīng)鉗位二極管(Dl)接限幅電壓(Ul)。5、根據(jù)權(quán)利要求4所艦P麗混合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的電路，其艦是，所述第二三角波發(fā)生器由方波生成器和第二積分電路構(gòu)成，第二積分電路的輸入端接方波生成器的輸出端，輸出端接運(yùn)算放大器(F2)的正向輸人端；所述第一三角波發(fā)生器由方波生成器、分頻電路和第一積分電路構(gòu)成，方波M器的輸出端接分頻電路的輸入端，第一積分電路的輸入端接，電路的輸出端，輸出端接運(yùn)算放大器(Fl)的反向輸人端。6、根據(jù)權(quán)利要求4所艦PWM混合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的電路，其特征是，所述主PWM斬波電路的限幅電壓(U2)低于輔PWM斬波電路的限幅電壓(Ul)。7、根據(jù)權(quán)利要求5所，P贈(zèng)昆合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的電路，，征是，所述分頻電路的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的頻率之比為l:100。全文摘要一種雙PWM混合斬波控制開(kāi)關(guān)器件的方法及電路，屬控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，用于解決斬波控制電路調(diào)節(jié)死區(qū)大的問(wèn)題。其技術(shù)方案是，它利用斬波控制電路控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，所述開(kāi)關(guān)器件為IGBT，所述斬波控制電路設(shè)置兩個(gè)，兩者輸出的信號(hào)通過(guò)一個(gè)與非門(mén)共同對(duì)同一個(gè)IGBT進(jìn)行控制；其中輔PWM斬波控制電路輸出信號(hào)的周期較大且為主PWM斬波控制電路輸出信號(hào)周期的整數(shù)倍，輔PWM斬波控制電路的最小關(guān)斷時(shí)間等于主PWM斬波控制電路所輸出脈沖控制信號(hào)的一個(gè)周期，由主、輔兩個(gè)PWM斬波控制電路輸出的脈沖信號(hào)作與非邏輯運(yùn)算后控制IGBT的通斷。本發(fā)明開(kāi)通調(diào)節(jié)死區(qū)小、連續(xù)調(diào)節(jié)性能優(yōu)良，調(diào)節(jié)范圍可達(dá)0-99％以上。文檔編號(hào)H02M1/08GK101150283SQ20071018521公開(kāi)日2008年3月26日申請(qǐng)日期2007年11月9日優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日發(fā)明者清董,顏湘武申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)