本發(fā)明屬于電子領(lǐng)域，涉及一種產(chǎn)生多路spwm信號(hào)的方法和數(shù)字芯片，此技術(shù)可用于高壓變頻器、逆變器等。

背景技術(shù)：

spwm(正弦脈寬調(diào)制，sinusoidalpulsewidthmodulation)信號(hào)是一種通過比較正弦調(diào)制波與三角載波的大小而產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，當(dāng)正弦調(diào)制波大于三角載波時(shí)spwm信號(hào)為高電平，反之則為低電平。功率單元級(jí)聯(lián)型高壓變頻器、逆變器(以下統(tǒng)稱為變頻器)由多個(gè)功率單元組成，需要多路(可多達(dá)48路)spwm信號(hào)。常規(guī)的產(chǎn)生多路spwm信號(hào)的方法是每一路spwm信號(hào)的三角載波幅值相同、但時(shí)間移位，正弦調(diào)制波的幅值和相位根據(jù)變頻器的輸出電壓幅值和頻率而實(shí)時(shí)變化。市場現(xiàn)有的spwm數(shù)字芯片只能產(chǎn)生6路spwm信號(hào)供一個(gè)三相逆變橋單元使用，不能滿足高壓變頻器的需要，而這些芯片所使用的方法也不能直接用于多路spwm信號(hào)產(chǎn)生芯片，因?yàn)檫@類方法需要占用大量的硬件資源，一般規(guī)模的芯片滿足不了要求?，F(xiàn)有產(chǎn)生多通道spwm信號(hào)的方法是通過cpu用軟件方法近似計(jì)算得到各路spwm信號(hào)的觸發(fā)時(shí)間，用fpga作為硬件定時(shí)器產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。這種方式存在兩個(gè)主要缺點(diǎn)；其一，觸發(fā)時(shí)間的精確計(jì)算需要求解超越方程，占用大量cpu時(shí)間，不能滿足實(shí)時(shí)性要求，通常只能使用近似計(jì)算方法、降低載波頻率以減小計(jì)算量，即便如此，常需要一個(gè)單獨(dú)的cpu專門用于觸發(fā)時(shí)間的計(jì)算。降低載波頻率使開關(guān)器件不能充分發(fā)揮其潛能，加上觸發(fā)時(shí)間的計(jì)算誤差和傳送到fpga所引起的時(shí)間誤差較大，導(dǎo)致變頻器輸出的電壓低次諧波增大，需要用大的濾波器件才能濾除這些低次諧波，導(dǎo)致變頻器體積增大，性能降低。其二，由于觸發(fā)時(shí)間的計(jì)算需要占用cpu大量的時(shí)間，致使變頻器控制系統(tǒng)不得不采用雙cpu結(jié)構(gòu)，用其中一個(gè)cpu專門負(fù)責(zé)spwm信號(hào)觸發(fā)時(shí)間的計(jì)算，導(dǎo)致系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，維護(hù)困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種產(chǎn)生多路spwm信號(hào)的方法和數(shù)字芯片，本發(fā)明易于實(shí)施，節(jié)省硬件資源，觸發(fā)時(shí)間誤差小。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種產(chǎn)生多路spwm信號(hào)的方法，包括以下步驟：步驟1，產(chǎn)生t時(shí)刻的應(yīng)用三角載波、參考三角載波和多路正弦信號(hào)值產(chǎn)生應(yīng)用三角載波采用加法和減法運(yùn)算產(chǎn)生基于幅度調(diào)值的應(yīng)用三角載波，應(yīng)用三角載波用于與多路正弦波進(jìn)行比較，是多路spwm信號(hào)共享的應(yīng)用三角載波，該應(yīng)用三角載波u。(t)在第一個(gè)周期內(nèi)的表達(dá)式為其中t為采樣時(shí)間，tc為載波周期，m為幅值調(diào)制度；產(chǎn)生參考三角載波采用加法和減法運(yùn)算產(chǎn)生幅度恒定的參考三角載波，參考三角載波用于判斷前后半個(gè)周期的分界點(diǎn)，參考三角載波的載波周期為tc，最大值為tmax；計(jì)算多路正弦信號(hào)值預(yù)先分別設(shè)置多路正弦信號(hào)的初相角值phi(i)，i為正弦信號(hào)的編號(hào)，計(jì)算wt+phi(i)，其中w為正弦信號(hào)即正弦調(diào)制波的角頻率；根據(jù)wt+phi(i)查正弦表得到各路正弦信號(hào)值sin(wt+phi(i))；步驟2，通過比較產(chǎn)生多路spwm信號(hào)將應(yīng)用三角載波uc(t)在t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的值與各路正弦信號(hào)值sin(wt+phi(i))分別進(jìn)行比較，如果uc(t)大于sin(wt+phi(i))，則輸出高電平，否則輸出低電平，得到多路spwm信號(hào)在t時(shí)刻的狀態(tài)；步驟3循環(huán)步驟更新采樣時(shí)刻t＝t+1，返回步驟1；最終獲得多路spwm信號(hào)的實(shí)時(shí)輸出，可以產(chǎn)生spwm信號(hào)為48路。在每一個(gè)采樣周期中，基于時(shí)分復(fù)用方式和流水線方式完成sin(wt+phi(i))的計(jì)算以及uc(t)和sin(wt+phi)的比較操作。采樣周其月為lus,tmax為tc/2。

數(shù)字芯片的制作方法。本發(fā)明利用產(chǎn)生多路spwm信號(hào)方法制作數(shù)字芯片，包括控制器接口模塊、三角波產(chǎn)生模塊、正弦調(diào)制波產(chǎn)生模塊、比較模塊、輸出模塊和分頻模塊?？刂破鹘涌谀K與cpu通信連接，控制器接口模塊中，載波周期寄存器tcreg和調(diào)制度寄存器mdreg與三角波產(chǎn)生模塊連接；調(diào)制波周期寄存器trreg和多個(gè)spwm調(diào)制波相位寄存器phireg與正弦調(diào)制波產(chǎn)生模塊連接；三角波產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生應(yīng)用三角載波和參考三角載波；正弦調(diào)制波產(chǎn)生模塊用于計(jì)算多路正弦波的輸出值；三角波產(chǎn)生模塊的應(yīng)用三角載波輸出端和正弦調(diào)制波產(chǎn)生模塊的多路正弦波輸出端均與比較模塊的輸入端相接；比較模塊用于將應(yīng)用三角載波值分別與多路正弦波的輸出值進(jìn)行比較；(t-tc/2),tc/2<t<tc0<t。

正弦調(diào)制波產(chǎn)生模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為wt產(chǎn)生單元的輸入端接分頻后的elk信號(hào)和載波周期寄存器tcreg，加法器的一個(gè)輸入端接wt產(chǎn)生單元的輸出端，加法器的另一個(gè)輸入端接第i個(gè)spwm調(diào)制波相位寄存器phireg，加法器的輸出端接正弦表ram，正弦表ram輸出正弦值；正弦表ram采用fpga內(nèi)部的嵌入式ram單元。產(chǎn)生多路spwm信號(hào)的數(shù)字芯片，其特征在于，spwm調(diào)制波相位寄存器phireg為48個(gè)，所述的cpu為dsp。

實(shí)施例

例1，一種產(chǎn)生多路spwm信號(hào)的方法和數(shù)字芯片的制作方法。（1）一種產(chǎn)生多路spwm信號(hào)的方法，包括以下步驟：

步驟1，產(chǎn)生t時(shí)刻的應(yīng)用三角載波、參考三角載波和多路正弦信號(hào)值產(chǎn)生應(yīng)用三角載波采用加法和減法運(yùn)算產(chǎn)生基于幅度調(diào)值的應(yīng)用三角載波，應(yīng)用三角載波用于與多路正弦波進(jìn)行比較，是多路spwm信號(hào)共享的應(yīng)用三角載波，該應(yīng)用三角載波uc(t)在第一個(gè)周期內(nèi)的表達(dá)式為其中t為采樣時(shí)間，tc為載波周期，m為幅值調(diào)制度；產(chǎn)生參考三角載波采用加法和減法運(yùn)算產(chǎn)生幅度恒定的參考三角載波，參考三角載波用于判斷前后半個(gè)周期的分界點(diǎn)，參考三角載波的載波周期為tc，最大值為tmax；計(jì)算多路正弦信號(hào)值預(yù)先分別設(shè)置多路正弦信號(hào)的初相角值phi(i)，i為正弦信號(hào)的編號(hào)，計(jì)算wt+phi(i)，其中w為正弦信號(hào)即正弦調(diào)制波的角頻率；根據(jù)wt+phi(i)查正弦表得到各路正弦信號(hào)值sin(wt+phi(i))；步驟2，通過比較產(chǎn)生多路spwm信號(hào)將應(yīng)用三角載波uc(t)在t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的值與各路正弦信號(hào)值sin(wt+phi(i))分別進(jìn)行比較，如果uc(t)大于sin(wt+phi(i))，則輸出高電平，否則輸出低電平，得到多路spwm信號(hào)在t時(shí)刻的狀態(tài)；步驟3循環(huán)步驟更新采樣時(shí)刻t＝t+1，返回步驟1；最終獲得多路spwm信號(hào)的實(shí)時(shí)輸出，可以產(chǎn)生spwm信號(hào)為48路。在每一個(gè)采樣周期中，基于時(shí)分復(fù)用方式和流水線方式完成sin(wt+phi(i))的計(jì)算以及uc(t)和sin(wt+phi)的比較操作。采樣周其月為lus,tmax為tc/2。

（2）數(shù)字芯片的制作方法。

制作產(chǎn)生多路spwm信號(hào)的方法的產(chǎn)生多路spwm信號(hào)的數(shù)字芯片，包括控制器接口模塊、三角波產(chǎn)生模塊、正弦調(diào)制波產(chǎn)生模塊、比較模塊、輸出模塊和分頻模塊?？刂破鹘涌谀K與cpu通信連接，控制器接口模塊中，載波周期寄存器tcreg和調(diào)制度寄存器mdreg與三角波產(chǎn)生模塊連接；調(diào)制波周期寄存器trreg和多個(gè)spwm調(diào)制波相位寄存器phireg與正弦調(diào)制波產(chǎn)生模塊連接；三角波產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生應(yīng)用三角載波和參考三角載波；正弦調(diào)制波產(chǎn)生模塊用于計(jì)算多路正弦波的輸出值；三角波產(chǎn)生模塊的應(yīng)用三角載波輸出端和正弦調(diào)制波產(chǎn)生模塊的多路正弦波輸出端均與比較模塊的輸入端相接；比較模塊用于將應(yīng)用三角載波值分別與多路正弦波的輸出值進(jìn)行比較；(t-tc/2),tc/2<t<tc0<t。

正弦調(diào)制波產(chǎn)生模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為wt產(chǎn)生單元的輸入端接分頻后的elk信號(hào)和載波周期寄存器tcreg，加法器的一個(gè)輸入端接wt產(chǎn)生單元的輸出端，加法器的另一個(gè)輸入端接第i個(gè)spwm調(diào)制波相位寄存器phireg，加法器的輸出端接正弦表ram，正弦表ram輸出正弦值；正弦表ram采用fpga內(nèi)部的嵌入式ram單元。產(chǎn)生多路spwm信號(hào)的數(shù)字芯片，其特征在于，spwm調(diào)制波相位寄存器phireg為48個(gè)，所述的cpu為dsp。