專利名稱：單極正弦脈沖寬度調(diào)制spwm方法和單極spwm電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種SPWM調(diào)制方法，更具體而言涉及一種單極SPWM方法和單極SPWM 電路。
背景技術(shù)：
目前，正弦波逆變電源的控制方式有de 1 ta型PWM控制、特定消諧PWM控制、和 SPWM調(diào)制等幾種方式，SPWM調(diào)制方式由于具有開關(guān)頻率恒定、諧波小等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用， SPWM調(diào)制方法中又分為雙極性SPWM調(diào)制和單極性SPWM調(diào)制方式。單極性SPWM調(diào)制具有開關(guān)損耗小、諧波失真低等優(yōu)點，但是目前的實現(xiàn)方法均過于復雜?，F(xiàn)有技術(shù)如圖1所示，電路包括正弦波信號發(fā)生器110，精密整流器120，正向三角波信號發(fā)生器130，比較器140，多路開關(guān)150，過零比較器160，反相器170，放大器180等構(gòu)成。該電路驅(qū)動信號ugl、ug2為低頻臂信號，ug3、ug4為高頻臂信號，每半個周期高頻臂信號就需切換一次，造成結(jié)構(gòu)復雜，穩(wěn)定性較差，而且存在過零點震蕩問題。現(xiàn)有技術(shù)有如下特點①均包含精密整流電路，需將正弦波整流成二倍基頻的饅頭波，由于現(xiàn)有運算放大器頻率響應(yīng)特性、溫漂，及正負半周電路相移不一致的原因，該環(huán)節(jié)存在饅頭波的波頭不一致，存在直流分量的缺點。②均采用低頻臂和高頻臂結(jié)構(gòu)，一個橋臂由和正弦波同頻的方波去驅(qū)動，該方波一般采用過零比較器形成。③高頻臂上下半橋每半個周期需由多路開關(guān)切換一次。上述三個環(huán)節(jié)是導致電路結(jié)構(gòu)復雜和電路運行穩(wěn)定性下降的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有單極SPWM調(diào)制實現(xiàn)過于復雜、繁瑣的缺點，提出一種單極SPWM調(diào)制實現(xiàn)方法，本發(fā)明更加簡潔、可靠。本發(fā)明由正向載波信號發(fā)生器221(三角波信號發(fā)生器)、弦波發(fā)生器222(正弦波信號發(fā)生器)、比較器240 (兩個橋臂的比較器)和脈沖信號調(diào)理部分260 (兩個橋臂的放大器和兩個橋臂的反相器)等構(gòu)成。兩個橋臂的SPWM信號分別由相位相反的正弦波與正向載波比較得到驅(qū)動脈沖信號，脈沖信號在經(jīng)放大器和反相器后作為橋臂驅(qū)動信號。根據(jù)本發(fā)明，提供一種單極正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)電路，包括正弦波信號發(fā)生器(310)、反相放大器(320，R1，R2，R3)、正向三角波信號發(fā)生器(330)、第一比較器(341) 和第二比較器(342)、第一放大器(351)和第二放大器(352)，以及第一反相器(361)和第二反相器(362)將正弦波發(fā)生器(310)發(fā)出的正弦波信號與經(jīng)反相放大器(320，Rl, R2， R3)反相的正弦波信號分別送入第一和第二比較器(341，342)的輸入“ + ”端；將三角波信號發(fā)生器330所發(fā)出的正向三角波分別送入第一和第二比較器(341，342)的輸入“_”端；所述第一和第二比較器(341,34 輸出的電平經(jīng)第一和第二放大器(351,25 與第一和第二反相器(361, 之后直接生成所需的SP麗調(diào)制脈沖(ugl，ug2，ug3，ug4)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述正弦波信號發(fā)生器(310)分別與第一比較器 (341)的正相輸入端，反相放大器(320，Rl, R2，R3)的負相輸入端相連；反相放大器(320， Rl, R2，R3)的輸出端與第二比較器(342)的正相輸入端相連，其負相輸入端與正弦波信號發(fā)生器(310)相連，正相輸入端接地；正向三角波發(fā)生器(330)分別與第一比較器(341) 和第二比較器(342)的反相輸入端相連；第一比較器(341)的輸出端分別與第一放大器
(351)和第一反相器(361)的輸入端相連；第二比較器(342)的輸出端分別與第二放大器
(352)和第二反相器(362)的輸入端相連。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中第一放大器(351)輸出第一門極電壓(ug4)；第一反相器(361)輸出第二門極電壓(ug3)；第二放大器(35 輸出第三門極電壓(ug2)；第二反相器(362)輸出第四門極電壓(ugl)；所述第一、第二、第三、第四門極電壓(ug4，ug3， ug2，ugl)構(gòu)成所述SP麗電路的SP麗調(diào)制波輸出。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述第一比較器(314)和第二比較器(34 分別將來自正向三角波發(fā)生器(330)的三角波與來自正弦波信號發(fā)生器(310)和反相放大器(320， Rl, R2，R3)的兩路幅值相同相位相反的正弦波比較，得到兩個橋臂的SPWM脈沖信號。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，正弦波信號發(fā)生器(310)發(fā)出正弦波信號與第一比較器(341)的正相輸入端相連作為第一橋臂，輸出第一橋臂的SPWM脈沖信號的調(diào)制波；同時正弦波信號發(fā)生器(310)又與反相放大器(320，Rl, R2，R3)的輸入端相連，反相放大器 (320，Rl, R2，R3)輸出與正弦波信號發(fā)生器(310)幅值相同相位相反的正弦波信號與第二比較器(342)正相輸入端相連作為第二橋臂，輸出第二橋臂的SPWM脈沖信號的調(diào)制波；所述第一橋臂和第二橋臂輸出的SPWM脈沖信號的調(diào)制波相位彼此相反。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述反相放大器(320，R1，R2，R;3)由運算放大器(320) 和電阻Rl、R2、R3構(gòu)成，其中R1 = R3，R2 = R1//R3 ；電阻Rl —端與正弦波信號發(fā)生器 (310)的輸出端相連，另一端與運算放大器(320)的反相輸入端和R3相連；電阻R2—端與運算放大器(320)的正相輸入端相連，另一端與接地；電阻R3的一端與Rl和運算放大器 (320)的反相輸入端相連，另一端與運算放大器(320)的輸出端相連。根據(jù)本發(fā)明，還提供一種單極正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)方法，包括通過將兩路幅值相同相位相反的正弦波信號分別與三角波比較得到PWM信號；將第一路比較得到的信號分別經(jīng)過反相和放大得到相應(yīng)的SPWM調(diào)制脈沖(ug2，ug4)；將第二路比較得到的信號分別經(jīng)過反相和放大得到相應(yīng)的SPTOH周制脈沖(ugl，ug3)。根據(jù)本發(fā)明，也提供另一種單極正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)方法，包括將正弦波發(fā)生器(310)發(fā)出的正弦波信號與經(jīng)反相放大器(320)反相的正弦波信號分別送入第一和第二比較器(341，342)的輸入“ + ”端；將三角波信號發(fā)生器330所發(fā)出的正向三角波分別送入第一和第二比較器(341，342)的輸入“_”端；所述第一和第二比較器(；341，；342)輸出的電平經(jīng)第一和第二放大器(351,25 與第一和第二反相器(361, 之后直接生成所需的 SPWM 調(diào)制脈沖(ugl，ug2，ug3，ug4)。本發(fā)明利用簡潔的邏輯實現(xiàn)了單極SPWM調(diào)制，消除了常規(guī)單極SPWM調(diào)制所需的復雜的邏輯判斷，增加了可靠性。并且，通過將兩路幅值相同相位相反的正弦波信號分別與三角波比較得到PWM信號，同時將PWM信號比較器和過零比較功能組合，共用一個比較器， 因此不再需要精密整流電路，而且在一個橋臂即有高頻信號也有低頻信號從而取消了多路開關(guān)。雖然在下文中將結(jié)合一些示例性實施及使用方法來描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，并不旨在將本發(fā)明限制于這些實施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所有替代品、修正及等效物。本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書，權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中圖1是現(xiàn)有的單極SPWM調(diào)制電路原理圖；圖2是本發(fā)明的基本原理圖；圖3是本發(fā)明的一個動作時序圖；圖4是本發(fā)明的單極SPWM電路的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細描述。需要注意的是，根據(jù)本發(fā)明的SPWM電路和SPWM方法的實施方式僅僅作為例子，但本發(fā)明不限于該具體實施方式
。圖2示出了本發(fā)明基本原理。本發(fā)明的SPWM電路由正向載波信號發(fā)生器221 (三角波信號發(fā)生器)、正弦波發(fā)生器222、比較器240 (兩個橋臂的比較器)和脈沖信號調(diào)理部分260 (兩個橋臂的放大器和兩個橋臂的反相器)等構(gòu)成。兩個橋臂的SPWM信號分別由相位相反的正弦波與正向載波比較得到驅(qū)動脈沖信號，脈沖信號在經(jīng)放大器和反相器后作為橋臂驅(qū)動信號。圖3示出了本發(fā)明的一個動作時序。如圖3所示，一路正弦波信號和三角波比較， 在正半周期內(nèi)，正弦波與三角波的相交點，可得到一組控制變換器開關(guān)變換的驅(qū)動脈沖，該脈沖分別經(jīng)放大器和反相器之后分別驅(qū)動一組功率橋臂的上管和下管工作。同時，另一組橋臂，由正弦波負半周和三角波比較，比較器輸出低電平，該低電平分別經(jīng)放大器和反相器驅(qū)動后將上橋臂關(guān)閉，下橋臂導通。兩組橋臂共同輸出一組正弦波脈沖。如圖4所示，本發(fā)明SPWM調(diào)制方法由正弦波信號發(fā)生器310，反相放大器320，正向載波信號發(fā)生器330，比較器；341、；342，放大器；351、；352，反相器361、362等構(gòu)成。正弦波發(fā)生器310發(fā)出的正弦波信號與經(jīng)反相放大器320反相的正弦波信號分別送入兩路比較器341、342的輸入“ + ”端，三角波信號發(fā)生器330所發(fā)出的正向三角波分別送入兩路比較器；341、；342的輸入“_”端，比較器輸出的電平分別經(jīng)放大器351、352和反相器361、362之后，直接生成所需的四路SPWM調(diào)制脈沖信號。
通過兩路相位相反的正弦波信號和三角波比較得到PWM信號，同時將PWM信號比較器和過零比較功能組合，公用一個比較器，因此不再需要精密整流電路，而且在一個橋臂即有高頻信號也有低頻信號從而取消了多路開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述單極正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)電路，包括 正弦波信號發(fā)生器(310)、反相放大器(320，Rl, R2，R3)、正向三角波信號發(fā)生器(330)、第一比較器(341)和第二比較器(342)、第一放大器(351)和第二放大器(352)，以及第一反相器(361)和第二反相器(362)將正弦波發(fā)生器(310)發(fā)出的正弦波信號與經(jīng)反相放大器(320，Rl, R2，R3)反相的正弦波信號分別送入第一和第二比較器(341，342)的輸入“ + ” 端；將三角波信號發(fā)生器330所發(fā)出的正向三角波分別送入第一和第二比較器(341，342) 的輸入“_”端；所述第一和第二比較器(；341，；342)輸出的電平經(jīng)第一和第二放大器(351， 252)與第一和第二反相器(361J62)之后直接生成所需的SP麗調(diào)制脈沖(ugl，ug2，ug3， ug4)。如圖4所示，所述正弦波信號發(fā)生器(310)分別與第一比較器(341)的正相輸入端，反相放大器(320，Rl, R2，R3)的負相輸入端相連；反相放大器(320，Rl, R2，R3)的輸出端與第二比較器(342)的正相輸入端相連，其負相輸入端與正弦波信號發(fā)生器(310)相連， 正相輸入端接地；正向三角波發(fā)生器(330)分別與第一比較器(341)和第二比較器(342) 的反相輸入端相連；第一比較器(341)的輸出端分別與第一放大器(351)和第一反相器
(361)的輸入端相連；第二比較器(342)的輸出端分別與第二放大器(35 和第二反相器
(362)的輸入端相連。在本發(fā)明中，第一放大器(351)輸出第一門極電壓(ug4)；第一反相器(361)輸出第二門極電壓(ug3)；第二放大器(35 輸出第三門極電壓(ug2)；第二反相器(36 輸出第四門極電壓(ugl)；所述第一、第二、第三、第四門極電壓(ug4，ug3, ug2, ugl)構(gòu)成所述 SPWM電路的SPMW調(diào)制波輸出。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述第一比較器(314)和第二比較器(342)分別將來自正向三角波發(fā)生器(330)的三角波與來自正弦波信號發(fā)生器(310)和反相放大器(320， Rl, R2，R3)的兩路幅值相同相位相反的正弦波比較，得到兩個橋臂的SPWM脈沖信號。如圖4所示，正弦波信號發(fā)生器(310)發(fā)出正弦波信號與第一比較器(341)的正相輸入端相連作為第一橋臂，輸出第一橋臂的SPWM脈沖信號的調(diào)制波；同時正弦波信號發(fā)生器(310)又與反相放大器(320，Rl, R2，R3)的輸入端相連，反相放大器(320，Rl, R2，R3) 輸出與正弦波信號發(fā)生器(310)幅值相同相位相反的正弦波信號與第二比較器(342)正相輸入端相連作為第二橋臂，輸出第二橋臂的SPWM脈沖信號的調(diào)制波；所述第一橋臂和第二橋臂輸出的SPWM脈沖信號的調(diào)制波相位彼此相反。在圖4中可以看出，所述反相放大器(320，Rl, R2，R3)由運算放大器(320)和電阻Rl、R2、R3構(gòu)成，其中R1 = R3，R2 = R1//R3 ；電阻Rl —端與正弦波信號發(fā)生器(310) 的輸出端相連，另一端與運算放大器(320)的反相輸入端和R3相連；電阻R2—端與運算放大器(320)的正相輸入端相連，另一端與接地；電阻R3的一端與Rl和運算放大器(320)的反相輸入端相連，另一端與運算放大器(320)的輸出端相連。根據(jù)本發(fā)明，還提供一種單極正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)方法，包括通過將兩路幅值相同相位相反的正弦波信號分別與三角波比較得到PWM信號；將第一路比較得到的信號分別經(jīng)過反相和放大得到相應(yīng)的SPWM調(diào)制脈沖(ug2，ug4)；將第二路比較得到的信號分別經(jīng)過反相和放大得到相應(yīng)的SPWM調(diào)制脈沖(ugl，ug3)。根據(jù)本發(fā)明，也提供另一種單極正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)方法，包括將正弦波發(fā)生器(310)發(fā)出的正弦波信號與經(jīng)反相放大器(320)反相的正弦波信號分別送入第一和第二比較器(341，342)的輸入“ + ”端；將三角波信號發(fā)生器330所發(fā)出的正向三角波分別送入第一和第二比較器(341，342)的輸入“_”端；所述第一和第二比較器(；341，；342)輸出的電平經(jīng)第一和第二放大器(351,25 與第一和第二反相器(361, 之后直接生成所需的 SPWM 調(diào)制脈沖(ugl，ug2，ug3，ug4)。與常規(guī)單極SPWM調(diào)制電路和調(diào)制方法相比本發(fā)明帶來了以下幾個優(yōu)點①正弦波發(fā)生器所發(fā)出的正弦波，僅需要做一次反相就可以與原正弦波一起作為調(diào)制波送入后面的比較器，而無需精密整流電路，信號調(diào)理少，失真小，電路結(jié)構(gòu)簡單；②利用正弦波與正向三角波比較形成的自然過零點，將常規(guī)單極SPWM調(diào)制電路所需的過零比較器與脈寬調(diào)制比較器相結(jié)合，取消了基頻過零比較器。這樣的好處是，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，避免了雙重比較器造成的過零點漂移誤差和震蕩問題，使過零點脈沖自然過渡。③將常規(guī)單極SPWM調(diào)制方式的分高頻臂、低頻臂的方式改為兩個橋臂的下橋臂每半基頻周期輪流導通的方式。這樣的好處是，第一，各橋臂功率管耗散功率平衡，沒有集中熱應(yīng)力，第二，可以采用自舉驅(qū)動電路驅(qū)動功率管，使驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單、降低成本；同時，取消了常規(guī)單極SPWM調(diào)制方式的多路開關(guān)電路，使信號連接更加簡單可靠。最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種單極正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)電路，包括正弦波信號發(fā)生器(310)、反相放大器(320，R1，R2，R3)、正向三角波信號發(fā)生器(330)、第一比較器(341)和第二比較器(342)、 第一放大器(351)和第二放大器(352)，以及第一反相器(361)和第二反相器(362)，其特征在于將正弦波發(fā)生器(310)發(fā)出的正弦波信號與經(jīng)反相放大器(320，R1，R2，R3)反相的正弦波信號分別送入第一和第二比較器(341，342)的輸入“ + ”端；將三角波信號發(fā)生器330 所發(fā)出的正向三角波分別送入第一和第二比較器(341，342)的輸入“_”端；所述第一和第二比較器(341,34 輸出的電平經(jīng)第一和第二放大器(351，252)與第一和第二反相器 (361,262)之后直接生成所需的SPWM調(diào)制脈沖(ugl，ug2，ug3，ug4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的單極SPWM電路，其中正弦波信號發(fā)生器(310)分別與第一比較器(341)的正相輸入端，反相放大器(320， Rl, R2，R3)的負相輸入端相連；反相放大器(320，Rl, R2，R3)的輸出端與第二比較器(342)的正相輸入端相連，其負相輸入端與正弦波信號發(fā)生器(310)相連，正相輸入端接地；正向三角波發(fā)生器(330)分別與第一比較器(341)和第二比較器(34 的反相輸入端相連；第一比較器(341)的輸出端分別與第一放大器(351)和第一反相器(361)的輸入端相連；第二比較器(342)的輸出端分別與第二放大器(35 和第二反相器(36 的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的單極SPWM電路，其中 第一放大器(351)輸出第一門極電壓(ug4)； 第一反相器(361)輸出第二門極電壓(ug3)； 第二放大器(35 輸出第三門極電壓(ug2)； 第二反相器(362)輸出第四門極電壓(ugl)；所述第一、第二、第三、第四門極電壓(ug4，ug3，ug2，ugl)構(gòu)成所述SPWM電路的SPMW 調(diào)制波輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的單極SPWM電路，其特征在于所述第一比較器(314)和第二比較器(34 分別將來自正向三角波發(fā)生器(330)的三角波與來自正弦波信號發(fā)生器(310)和反相放大器(320，R1，R2，R3)的兩路幅值相同相位相反的正弦波比較，得到兩個橋臂的SPWM脈沖信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的單極SPWM電路，其中正弦波信號發(fā)生器(310)發(fā)出正弦波信號與第一比較器(341)的正相輸入端相連作為第一橋臂，輸出第一橋臂的SPWM脈沖信號的調(diào)制波；同時正弦波信號發(fā)生器(310)又與反相放大器(320，Rl, R2，R3)的輸入端相連，反相放大器(320，R1，R2，R3)輸出與正弦波信號發(fā)生器(310)幅值相同相位相反的正弦波信號與第二比較器(342)正相輸入端相連作為第二橋臂，輸出第二橋臂的SPWM脈沖信號的調(diào)制波；所述第一橋臂和第二橋臂輸出的SPWM脈沖信號的調(diào)制波相位彼此相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單極SPWM控制電路，其特征在于所述反相放大器(320，Rl, R2，R3)由運算放大器(320)和電阻R1、R2、R3構(gòu)成，其中R1 = R3，R2 = R1//R3 ；電阻Rl —端與正弦波信號發(fā)生器(310)的輸出端相連，另一端與運算放大器(320)的反相輸入端和R3相連；電阻R2—端與運算放大器(320)的正相輸入端相連，另一端與接地；電阻R3的一端與Rl和運算放大器(320)的反相輸入端相連，另一端與運算放大器 (320)的輸出端相連。
7.一種單極正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)方法，包括通過將兩路幅值相同相位相反的正弦波信號分別與三角波比較得到PWM信號；將第一路比較得到的信號分別經(jīng)過反相和放大得到相應(yīng)的SPWM調(diào)制脈沖(ug2，ug4)；將第二路比較得到的信號分別經(jīng)過反相和放大得到相應(yīng)的SPWM調(diào)制脈沖(ugl，ug3)。
8.一種單極正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)方法，其特征在于將正弦波發(fā)生器(310)發(fā)出的正弦波信號與經(jīng)反相放大器(320)反相的正弦波信號分別送入第一和第二比較器(341，342)的輸入“ + ”端；將三角波信號發(fā)生器330所發(fā)出的正向三角波分別送入第一和第二比較器(341，342) 的輸入“_”端；所述第一和第二比較器0341，；34幻輸出的電平經(jīng)第一和第二放大器(351,25 與第一和第二反相器(361，沈2)之后直接生成所需的SPWM調(diào)制脈沖(ugl，ug2, ug3, ug4)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種單極正弦脈沖寬度調(diào)制方法和單極SPWM電路，通過將兩路幅值相同相位相反的正弦波信號分別與三角波比較得到PWM信號，同時將PWM信號比較器和過零比較功能組合，共用一個比較器，因此不再需要精密整流電路，而且在一個橋臂即有高頻信號也有低頻信號從而取消了多路開關(guān)。通過本發(fā)明，利用簡潔的邏輯實現(xiàn)了單極SPWM調(diào)制，消除了常規(guī)單極SPWM調(diào)制所需的復雜的邏輯判斷，增加了可靠性。
文檔編號H03K7/08GK102315842SQ20111010286
公開日2012年1月11日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者張先謀, 王振存, 穆德實, 竇偉, 許洪華 申請人:北京科諾偉業(yè)科技有限公司