CN107453637A - 一种spwm电源调制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SPWM电源调制方法及系统，应用于可控整流电路或半控整流电路，通过确定脉冲宽度范围，根据脉冲宽度范围计算脉冲数量，通过可控硅整流元件导通角的调整，控制整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲。本方案通过应用可控硅整流元件，实现了脉冲数量及输出电压值的变化，即实现了脉冲数量及幅值的变化，从而保证了系列方波脉冲按正弦规律变化，且不存在系列方波脉冲过零点附近方波丢失的情况，从而避免了现有SPWM调制方法受调制度和载波比对等效波形的影响的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及电源领域，尤其涉及一种SPWM电源调制方法及系统。
背景技术
目前，SPWM电源调制方法主要是采用宽度按正弦规律变化的系列方波脉冲，形成等效正弦波形电压。
在此SPWM电源调制方法中，经三相桥式不可控整流电路，整流后直流电压是固定值Ud，因此系列方波脉冲幅度为固定值，系列方波脉冲宽度按正弦规律变化，再经绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变成按正弦规律变化系列方波，从而在变压器处初级形成等效正弦电压波形，如图1所示。
图1所形成的系列方波脉冲等效的正弦波电压波形的电压幅值的改变需要通过改变调制度Ma来实现，即改变系列脉冲中每个脉冲的宽度，同时，为了使等效电压波形接近正弦波，还需要一定的载波比N，载波比N与脉冲方波数量一致。
因此，采用此种方式生成的正弦波电压波形及谐波受调制度和载波比影响较大，如：当载波比N较大，且调制度Ma越来越小时，系列脉冲中靠近过零点脉冲的宽度越小，由于IGBT门极存在米勒效应，当宽度小至2-3个微秒或更小时，存在对应IGBT实际未导通的情况，此时图1所示过零点附近电压波形将丢失，如图2所示，此时，形成的等效电压波形偏移标准正弦波形。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种SPWM电源调制方法及系统，以解决现有技术中形成的正弦波电压波形受调制度和载波比影响较大的问题，其具体方案如下：
一种SPWM电源调制方法，应用于可控整流电路或半控整流电路，包括：
确定脉冲宽度范围，根据所述脉冲宽度范围计算脉冲数量；
通过可控硅整流元件导通角的调整，控制所述整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲。
进一步的，还包括：
调整所述等效正弦波脉冲的周期，使得所述等效正弦波脉冲的频率发生变化。
进一步的，所述确定脉冲宽度范围，根据所述脉冲宽度范围计算脉冲数量，包括：
确定过零点两侧方波的宽度范围，根据所述过零点两侧方波的宽度范围计算脉冲数量。
进一步的，所述确定脉冲宽度范围，根据所述脉冲宽度范围计算脉冲数量，包括：
确定相邻脉冲的间隔以及脉冲宽度范围，根据所述相邻脉冲的间隔及脉冲宽度范围计算脉冲数量。
进一步的，所述确定脉冲宽度范围包括：
确定脉冲宽度分布规律及过零点两侧方波的宽度范围。
一种SPWM电源调制系统，应用于可控整流电路或半控整流电路，包括：
脉冲计算单元及幅值控制单元，其中：
所述脉冲计算单元用于确定脉冲宽度范围，根据所述脉冲宽度范围计算脉冲数量；
所述幅值控制单元用于通过可控硅整流元件导通角的调整，控制所述整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲。
进一步的，还包括：周期调节单元，其中：
所述周期调节单元用于调整所述等效正弦波脉冲的周期，使得所述等效正弦波脉冲的频率发生变化。
进一步的，所述脉冲计算单元用于：
确定过零点两侧方波的宽度范围，根据所述过零点两侧方波的宽度范围计算脉冲数量。
进一步的，所述脉冲计算单元用于：
确定相邻脉冲的间隔以及脉冲宽度范围，根据所述相邻脉冲的间隔及脉冲宽度范围计算脉冲数量。
进一步的，所述脉冲计算单元用于：
确定脉冲宽度分布规律及过零点两侧方波的宽度范围，根据所述脉冲宽度分布规律及过零点两侧方波的宽度范围计算脉冲数量。
从上述技术方案可以看出，本申请公开的SPWM电源调制方法及系统，应用于可控整流电路或半控整流电路，通过确定脉冲宽度范围，根据脉冲宽度范围计算脉冲数量，通过可控硅整流元件导通角的调整，控制整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲。本方案通过应用可控硅整流元件，实现了脉冲数量及输出电压值的变化，即实现了脉冲数量及幅值的变化，从而保证了系列方波脉冲按正弦规律变化，且不存在系列方波脉冲过零点附近方波丢失的情况，从而避免了现有SPWM调制方法受调制度和载波比对等效波形的影响的缺点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种整流电路形成的系列方波脉冲等效的正弦波电压波形；
图2为本发明实施例公开的一种过零点附近电压波形丢失的等效电压波形；
图3为本发明实施例公开的一种可控整流电路的电路图；
图4为本发明实施例公开的一种SPWM电源调制方法的流程图；
图5为本发明实施例公开的一种SPWM电源调制方法的流程图；
图6为本发明实施例公开的一种SPWM电源调制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种SPWM电源调制方法，应用于可控整流电路或半控整流电路，其中，可控整流电路的电路图可以如图3所示。
本实施例公开的SPWM电源调制方法的流程图如图4所示，包括：
步骤S41、确定脉冲宽度范围，根据脉冲宽度范围计算脉冲数量；
在保证脉冲宽度在一定范围内的前提下，系列脉冲宽度按正弦分布，同时考虑IGBT开关能力及系统散热条件，通过模糊控制规则计算合适的脉冲数量，使得形成的波形为最接近标准正弦波的近似正弦波。
具体的，确定脉冲宽度范围可以包括：确定过零点两侧方波的宽度范围，根据该过零点两侧方波的宽度范围计算脉冲数量。
例如：可以具体设定过零点两侧方波的最小宽度，只要过零点两侧方波的宽度大于该最小宽度即可，同时，系列脉冲宽度按正弦规律分布，即整个波形脉冲中只有过零点两侧的脉冲宽度最窄，只要保证脉冲宽度最窄的位置，其宽度大于设定的最小宽度即不会出现现有技术中方波丢失的情况。如：设定过零点两侧方波的最小宽度为5μS，保证过零点两侧方波的宽度大于或等于5μS即可。
确定脉冲宽度范围还可以为：确定相邻脉冲的间隔以及脉冲宽度范围，根据相邻脉冲的间隔以及脉冲宽度范围计算脉冲数量。其中，可以设定相邻脉冲的间隔值，该间隔值需要大于或等于设定的最小间隔值，如：3μS，从大于或等于3μS的数值中确定一个数值为脉冲的间隔值，之后根据该脉冲的间隔值计算脉冲数量；还可以为：确定相邻脉冲的间隔以及脉冲宽度范围，从大于或等于设定的最小间隔值中的数值中选取一个作为脉冲的间隔值，同时确定方波脉冲的宽度范围，根据这两者确定脉冲的数量，其中，脉冲的宽度范围可以为：过零点两侧的脉冲宽度范围，也可以为：整个方波脉冲中所有方波的宽度范围，在此不做具体限定。
步骤S42、通过可控硅整流元件导通角的调整，控制整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲。
本实施例公开的SPWM电源调制方法，应用于图3所示可控整流电路，图3中采用了可控硅整流元件，可控硅整流元件的导通角可调，通过调节可控硅整流元件的导通角，实现对整流电路的输出电压的控制，即通过该整流电路生成的脉冲波形的幅值可调，具体的，该整流电路生成的脉冲波形的各个脉冲的幅值可同步调整，并且是在0-Ud范围内变化。
本方案生成的等效正弦波脉冲，根据脉冲宽度范围确定脉冲数量，并调节脉冲幅值，由于脉冲幅值的变化，使等效正弦波幅值也跟随变化。而现有技术中脉冲幅值保持Ud不变，脉冲数量为预设数量，不发生变化，通过改变脉冲宽度的方式，来改变等效正弦波幅值，即现有技术中改变的是单个脉冲的宽度。相比较而言，本方案避免了对脉冲宽度的调节，从而避免过零点附近方波丢失的情况。
本实施例公开的SPWM电源调制方法，应用于可控整流电路或半控整流电路，通过确定脉冲宽度范围，根据脉冲宽度范围计算脉冲数量，通过可控硅整流元件导通角的调整，控制整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲。本方案通过应用可控硅整流元件，实现了脉冲数量及输出电压值的变化，即实现了脉冲数量及幅值的变化，从而保证了系列方波脉冲按正弦规律变化，且不存在系列方波脉冲过零点附近方波丢失的情况，从而避免了现有SPWM调制方法受调制度和载波比对等效波形的影响的缺点。
本实施例公开了一种SPWM电源调制方法，应用于可控整流电路或半控整流电路，其流程图如图5所示，包括：
步骤S51、确定脉冲宽度范围，根据脉冲宽度范围计算脉冲数量；
步骤S52、通过可控硅整流元件导通角的调整，控制整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲；
步骤S53、调整等效正弦波脉冲的周期，使得等效正弦波脉冲的频率发生变化。
系列方波脉冲周期T对应等效正弦波周期T，即等效正弦波频率f，对应关系为：f＝1/T。
本方案中通过模糊算法对系列方波脉冲的周期T进行调节，从而使得频率f也跟随变化。而现有技术中在调节频率，是通过对脉冲数量的调节实现的。
本实施例公开的SPWM电源调制方法，应用于可控整流电路或半控整流电路，通过确定脉冲宽度范围，根据脉冲宽度范围计算脉冲数量，通过可控硅整流元件导通角的调整，控制整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲。本方案通过应用可控硅整流元件，实现了脉冲数量及输出电压值的变化，即实现了脉冲数量及幅值的变化，从而保证了系列方波脉冲按正弦规律变化，且不存在系列方波脉冲过零点附近方波丢失的情况，从而避免了现有SPWM调制方法受调制度和载波比对等效波形的影响的缺点。
本实施例公开了一种SPWM电源调制系统，应用于可控整流电路或半控整流电路，其结构示意图如图6所示，包括：
脉冲计算单元61及幅值控制单元62。
其中，脉冲计算单元61用于确定脉冲宽度范围，根据脉冲宽度范围计算脉冲数量。
在保证脉冲宽度在一定范围内的前提下，系列脉冲宽度按正弦分布，同时考虑IGBT开关能力及系统散热条件，通过模糊控制规则计算合适的脉冲数量，使得形成的波形为最接近标准正弦波的近似正弦波。
具体的，确定脉冲宽度范围可以包括：确定过零点两侧方波的宽度范围，根据该过零点两侧方波的宽度范围计算脉冲数量。
例如：可以具体设定过零点两侧方波的最小宽度，只要过零点两侧方波的宽度大于该最小宽度即可，同时，系列脉冲宽度按正弦规律分布，即整个波形脉冲中只有过零点两侧的脉冲宽度最窄，只要保证脉冲宽度最窄的位置，其宽度大于设定的最小宽度即不会出现现有技术中方波丢失的情况。如：设定过零点两侧方波的最小宽度为5μS，保证过零点两侧方波的宽度大于或等于5μS即可。
确定脉冲宽度范围还可以为：确定相邻脉冲的间隔以及脉冲宽度范围，根据相邻脉冲的间隔以及脉冲宽度范围计算脉冲数量。其中，可以设定相邻脉冲的间隔值，该间隔值需要大于或等于设定的最小间隔值，如：3μS，从大于或等于3μS的数值中确定一个数值为脉冲的间隔值，之后根据该脉冲的间隔值计算脉冲数量；还可以为：确定相邻脉冲的间隔以及脉冲宽度范围，从大于或等于设定的最小间隔值中的数值中选取一个作为脉冲的间隔值，同时确定方波脉冲的宽度范围，根据这两者确定脉冲的数量，其中，脉冲的宽度范围可以为：过零点两侧的脉冲宽度范围，也可以为：整个方波脉冲中所有方波的宽度范围，在此不做具体限定。
幅值控制单元62用于通过可控硅整流元件导通角的调整，控制整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲。
本实施例公开的SPWM电源调制方法，应用于图3所示可控整流电路，图3中采用了可控硅整流元件，可控硅整流元件的导通角可调，通过调节可控硅整流元件的导通角，实现对整流电路的输出电压的控制，即通过该整流电路生成的脉冲波形的幅值可调，具体的，该整流电路生成的脉冲波形的各个脉冲的幅值可同步调整，并且是在0-Ud范围内变化。
本方案生成的等效正弦波脉冲，根据脉冲宽度范围确定脉冲数量，并调节脉冲幅值，由于脉冲幅值的变化，使等效正弦波幅值也跟随变化。而现有技术中脉冲幅值保持Ud不变，脉冲数量为预设数量，不发生变化，通过改变脉冲宽度的方式，来改变等效正弦波幅值，即现有技术中改变的是单个脉冲的宽度。相比较而言，本方案避免了对脉冲宽度的调节，从而避免过零点附近方波丢失的情况。
本实施例公开的SPWM电源调制系统，还可以包括：周期调节单元，其中：
周期调节单元用于调整等效正弦波脉冲的周期，使得等效正弦波脉冲的频率变化。
系列方波脉冲周期T对应等效正弦波周期T，即等效正弦波频率f，对应关系为：f＝1/T。
本方案中通过模糊算法对系列方波脉冲的周期T进行调节，从而使得频率f也跟随变化。而现有技术中在调节频率，是通过对脉冲数量的调节实现的。
本实施例公开的SPWM电源调制系统，应用于可控整流电路或半控整流电路，通过确定脉冲宽度范围，根据脉冲宽度范围计算脉冲数量，通过可控硅整流元件导通角的调整，控制整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲。本方案通过应用可控硅整流元件，实现了脉冲数量及输出电压值的变化，即实现了脉冲数量及幅值的变化，从而保证了系列方波脉冲按正弦规律变化，且不存在系列方波脉冲过零点附近方波丢失的情况，从而避免了现有SPWM调制方法受调制度和载波比对等效波形的影响的缺点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种SPWM电源调制方法，应用于可控整流电路或半控整流电路，其特征在于，包括：
确定脉冲宽度范围，根据所述脉冲宽度范围计算脉冲数量；
通过可控硅整流元件导通角的调整，控制所述整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
调整所述等效正弦波脉冲的周期，使得所述等效正弦波脉冲的频率发生变化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定脉冲宽度范围，根据所述脉冲宽度范围计算脉冲数量，包括：
确定过零点两侧方波的宽度范围，根据所述过零点两侧方波的宽度范围计算脉冲数量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定脉冲宽度范围，根据所述脉冲宽度范围计算脉冲数量，包括：
确定相邻脉冲的间隔以及脉冲宽度范围，根据所述相邻脉冲的间隔及脉冲宽度范围计算脉冲数量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定脉冲宽度范围包括：
确定脉冲宽度分布规律及过零点两侧方波的宽度范围。
6.一种SPWM电源调制系统，应用于可控整流电路或半控整流电路，其特征在于，包括：
脉冲计算单元及幅值控制单元，其中：
所述脉冲计算单元用于确定脉冲宽度范围，根据所述脉冲宽度范围计算脉冲数量；
所述幅值控制单元用于通过可控硅整流元件导通角的调整，控制所述整流电路的输出电压值，生成等效正弦波脉冲。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：周期调节单元，其中：
所述周期调节单元用于调整所述等效正弦波脉冲的周期，使得所述等效正弦波脉冲的频率发生变化。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述脉冲计算单元用于：
确定过零点两侧方波的宽度范围，根据所述过零点两侧方波的宽度范围计算脉冲数量。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述脉冲计算单元用于：
确定相邻脉冲的间隔以及脉冲宽度范围，根据所述相邻脉冲的间隔及脉冲宽度范围计算脉冲数量。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述脉冲计算单元用于：
确定脉冲宽度分布规律及过零点两侧方波的宽度范围，根据所述脉冲宽度分布规律及过零点两侧方波的宽度范围计算脉冲数量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20171208 |