CN105007064A - 一种pwm调制中窄脉冲的消除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种PWM调制中窄脉冲的消除方法，包括窄脉冲消除电路，其中，所述窄脉冲消除电路包括第一信号输入端、第二信号输入端和输出信号端，第一信号输入端输入初始PWM信号(PWM_IN)，所述第二信号输入端输入三角载波同步逻辑信号(Delta_IN)，所述输出端输出实现窄脉冲消除后的PWM信号(PWM_OUT)，所述初始PWM信号和所述三角载波同步逻辑信号由调制信号经过三角载波后生成。本发明的技术实现成本低，且没有复杂的运算，实现方案可靠，不会对设备带来任何可能的安全危害。同时由于电路中逻辑电路的环节很少，整个电路的延时非常短，几乎不会对PWM信号造成延时，从而对输出波形的控制没有任何不良影响。
Description
技术领域
本发明涉及电力有源滤波器、SVG、逆变器、PFC、变频器等用到PWM调制方法的系统领域，特别涉及一种PWM调制中窄脉冲的消除方法。
背景技术
在电力有源滤波器(APF)、SVG、逆变器、PFC、变频器等电力电子设备中，脉冲宽度调制(PWM)技术得到广泛应用，其基本原理是调制波和三角载波进行比较，从而产生控制电力电子器件的PWM信号。一般会采用固定三角载波的频率，调制波为通过一定的算法计算出的波形，通过控制调制波就可以实现设备输出电流或电压达到期望大小。
当前在以上几种设备的应用中，PWM调制的实现一般是通过数字处理器实现的。由于数字处理器处理速度限制，实际调制波的采样频率和开关频率一般处于同一个数量级，传统的实现方法是在三角载波的一个周期内，上升阶段和下降阶段只会进行一次调制波和三角载波的比较，从而实现固定开关频率的PWM输出。但是随着更高速计算芯片如高速FPGA的出现，运算速度能得到大大提升，一般很容易达到M级的采样频率，而由于电力电子器件开关速度的限制，实际开关频率一般在10到20kHZ之间，这样在一个开关周期内会出现数次调制波和三角载波的比较，此时如果调制波中有高频纹波或在APF应用场合调制波里可能会出现高频信号，会很容易导致调制波和载波在一个开关周期内出现多次交截的情况。如图1所示，在三角载波3的前半周期，当调制波2数据与三角载波3数据第一次相等即在点C1处时，PWM波2由高变低，接着由于调制波2数据和三角载波3数据的更新，调制波2数据更新到C2，这样会使调制波2与三角载波3二次交截，产生窄脉冲，三角载波的后半周期可以进行同样的分析。
如前所述的窄脉冲的出现不但会容易造成电力电子器件的损坏，而且由于窄脉冲是在固定开关周期内产生的，会造成电力电子器件实际开关频率高于额定频率，从而在易损坏电力电子器件的同时也会带来额外的高频干扰和噪声，在输出波形中也会叠加很高次的谐波，所以必须对这种窄脉冲加以抑制。
当前流行的针对前述窄脉冲的抑制方法有两种，一种是通过调制波和三角载波产生第一次交截后进行计数，如果在三角载波的前半周期或后半周期内又产生了第二次交截则忽略这次比较；第二种方法是限制调制波更新后数据的大小使得如图1中C1、C2连成的直线的斜率小于三角载波的上升斜率，即可避免调制波与三角载波的二次交截，从而避免产生窄脉冲。这两种方法均需要占用很大的计算资源，实现比较复杂，而且由于FPGA时序需要同步，如果处理不慎，很容易造成某些窄脉冲限制功能的失效。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效消除PWM调制过程中由于在一个开关周期内PWM多次调制带来的窄脉冲，且电路结构简单，占用计算资源少，可以十分可靠的实现窄脉冲的消除。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种PWM调制中窄脉冲的消除方法，包括窄脉冲消除电路，其中，所述窄脉冲消除电路包括第一信号输入端、第二信号输入端和输出信号端，第一信号输入端输入初始PWM信号，所述第二信号输入端输入三角载波同步逻辑信号，所述输出端输出实现窄脉冲消除后的PWM信号，所述初始PWM信号和所述三角载波同步逻辑信号由调制信号经过三角载波后生成。
优选的，所述三角载波同步逻辑信号与PWM调制中三角载波的频率相同，所述三角载波同步逻辑信号占空比为50％，在所述三角载波处于上升阶段的上半开关周期，所述三角载波同步逻辑信号输出逻辑为“1”，在所述三角载波处于下降阶段的下半开关周期，所述三角载波同步逻辑信号输出逻辑为“0”。
优选的，所述窄脉冲消除电路包括与非门逻辑电路、第一与非门电路、第二与非门电路和RS触发器。
优选的，所述与非门逻辑电路包括一个与非门，所述初始PWM信号与所述三角载波同步逻辑信号分别输入给所述与非门的两个输入端。
优选的，所述第一与非门电路的两个输入端分别连接所述初始PWM信号与所述与非门逻辑电路的输出端，所述第一与非门的输出端连接所述RS触发器的S端，所述第二与非门电路的两个输入端分别连接所诉三角载波同步逻辑信号与所述与非门逻辑电路的输出端，所述第二与非门的输出端连接所述RS触发器的R端，所述RS触发器的输出端输出实现窄脉冲消除后的PWM信号。
本发明提出一种PWM调制中窄脉冲的消除方法，通过简单的逻辑电路，利用三角载波同步逻辑信号与PWM调制中三角载波的频率相同，占空比为50％的关系，有效的消除了在一个开关周期内PWM多次调制带来的窄脉冲。本发明的技术实现成本低，且没有复杂的运算，实现方案可靠，不会对设备带来任何可能的安全危害。同时由于电路中逻辑电路的环节很少，整个电路的延时非常短，几乎不会对PWM信号造成延时，从而对输出波形的控制没有任何不良影响。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1是PWM调制过程中窄脉冲形成原因图；
图2是本发明一种PWM调制中窄脉冲的消除方法实施例的窄脉冲消除电路；
图3是本发明一种PWM调制中窄脉冲的消除方法实施例的窄脉冲消除电路的真值表；
图4是本发明一种PWM调制中窄脉冲的消除方法实施例的窄脉冲消除电路的实验波形。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
实施例：
本发明提供一种PWM调制中窄脉冲的消除方法，包括窄脉冲消除电路，其中，所述窄脉冲消除电路包括第一信号输入端、第二信号输入端和输出信号端，第一信号输入端输入初始PWM信号，所述第二信号输入端输入三角载波同步逻辑信号，所述输出端输出实现窄脉冲消除后的PWM信号，所述初始PWM信号和所述三角载波同步逻辑信号由调制信号经过三角载波后生成。
如图2所示，所述窄脉冲消除电路包括与非门逻辑电路、第一与非门电路、第二与非门电路和RS触发器。所述与非门逻辑电路包括一个与非门，所述初始PWM信号(PWM_IN)与所述三角载波同步逻辑信号(Delta_IN)分别输入给所述与非门的两个输入端。所述第一与非门电路的两个输入端分别连接所述初始PWM信号与所述与非门逻辑电路的输出端，所述第一与非门的输出端连接所述RS触发器的S端，所述第二与非门电路的两个输入端分别连接所诉三角载波同步逻辑信号与所述与非门逻辑电路的输出端，所述第二与非门的输出端连接所述RS触发器的R端，所述RS触发器的输出端输出实现窄脉冲消除后的PWM信号(PWM_OUT)。
所述三角载波同步逻辑信号与PWM调制中三角载波的频率相同，所述三角载波同步逻辑信号占空比为50％，在所述三角载波处于上升阶段的上半开关周期，所述三角载波同步逻辑信号输出逻辑为“1”，在所述三角载波处于下降阶段的下半开关周期，所述三角载波同步逻辑信号输出逻辑为“0”。初始PWM信号与三角载波同步逻辑信号经窄脉冲消除电路输出的无窄脉冲PWM信号的真值表如图3所示。经过试验可以得出如图4的试验波形，可以看到经过窄脉冲消除电路使用窄脉冲消除方法，窄脉冲得到有效的抑制。
本发明提出一种PWM调制中窄脉冲的消除方法，通过简单的逻辑电路，利用三角载波同步逻辑信号与PWM调制中三角载波的频率相同，占空比为50％的关系，有效的消除了在一个开关周期内PWM多次调制带来的窄脉冲。实现成本低，且没有复杂的运算，实现方案可靠，不会对设备带来任何可能的安全危害。同时由于电路中逻辑电路的环节很少，整个电路的延时非常短，几乎不会对PWM信号造成延时，从而对输出波形的控制没有任何不良影响。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (5)
1.一种PWM调制中窄脉冲的消除方法，包括窄脉冲消除电路，其特征在于，所述窄脉冲消除电路包括第一信号输入端、第二信号输入端和输出信号端，第一信号输入端输入初始PWM信号，所述第二信号输入端输入三角载波同步逻辑信号，所述输出端输出实现窄脉冲消除后的PWM信号，所述初始PWM信号和所述三角载波同步逻辑信号由调制信号经过三角载波后生成。
2.根据权利要求1所述的PWM调制中窄脉冲的消除方法，其特征在于，所述三角载波同步逻辑信号与PWM调制中三角载波的频率相同，所述三角载波同步逻辑信号占空比为50％，在所述三角载波处于上升阶段的上半开关周期，所述三角载波同步逻辑信号输出逻辑为“1”，在所述三角载波处于下降阶段的下半开关周期，所述三角载波同步逻辑信号输出逻辑为“0”。
3.根据权利要求1所述的PWM调制中窄脉冲的消除方法，其特征在于，所述窄脉冲消除电路包括与非门逻辑电路、第一与非门电路、第二与非门电路和RS触发器。
4.根据权利要求3所述的PWM调制中窄脉冲的消除方法，其特征在于，所述与非门逻辑电路包括一个与非门，所述初始PWM信号与所述三角载波同步逻辑信号分别输入给所述与非门的两个输入端。
5.根据权利要求4所述的PWM调制中窄脉冲的消除方法，其特征在于，所述第一与非门电路的两个输入端分别连接所述初始PWM信号与所述与非门逻辑电路的输出端，所述第一与非门的输出端连接所述RS触发器的S端，所述第二与非门电路的两个输入端分别连接所诉三角载波同步逻辑信号与所述与非门逻辑电路的输出端，所述第二与非门的输出端连接所述RS触发器的R端，所述RS触发器的输出端输出实现窄脉冲消除后的PWM信号。
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