CN107994760B - 一种脉冲调制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种脉冲调制方法及系统，方法包括：接收一电压信号的输入；计算电压信号的输入角频率；根据输入角频率计算得到下次开关周期的起始时间；根据输入角频率以及给定的基本开关频率，计算得到下次开关周期内的开关频率；当根据起始时间判断得到下个开关周期到来时，根据给定的占空比以及计算得到的下次开关周期内的开关频率，生成相应脉冲宽度的PWM波。本发明可以根据当前实际输入的电压信号对下个开关周期中的开关频率进行智能的调节，且电压越高，开关频率越小，降低开关损耗；开关频率以基本开关频率为参考值，能够满足高频化的要求；开关频率在一定范围内变化，能够使功率频谱宽带分布，从而减小噪声和电磁干扰。

Description

一种脉冲调制方法及系统
技术领域
本发明涉及开关电源领域，特别是涉及一种应用于开关电源的脉冲调制方法及系统。
背景技术
由于开关电源在质量、体积、能量密度和效率等方面具有的诸多优点，现已广泛地应用于工业生产、家用电器等众多领域。
开关电源最重要的特征就是高频化，通过开关元件(如IGBT、MOSFET)的高频通断改变电路结构，能够有效的较低电感电容的体积，从而实现小型化。目前应用最广的脉宽调制技术(PWM)开关频率固定，开关电源中的电磁干扰会污染电网，影响临近电子设备的正常工作，且高电压的频繁开关操作，对开关的损耗也较大。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种脉冲调制方法及系统，用于解决现有技术中不能根据实际输入的电压对开关电源的频率进行智能调节的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种脉冲调制方法，用于对开关电源的脉冲进行调制，所述方法包括：接收一电压信号的输入；计算所述电压信号的输入角频率；根据所述输入角频率计算得到下次开关周期的起始时间；根据所述输入角频率以及给定的基本开关频率，计算得到下次开关周期内的开关频率；当根据所述起始时间判断得到下个开关周期到来时，根据给定的占空比以及所述计算得到的下次开关周期内的开关频率，生成相应脉冲宽度的PWM波。
于本发明一具体实施例中，计算所述电压信号的输入角频率的方式包括以下中的一种：方式1)根据过零中断方式计算所述输入角频率；方式2)根据电压瞬时检测方式计算所述输入角频率。
于本发明一具体实施例中，当采用方式1)或方式2)中的一种计算所述电压信号的输入角频率时，根据剩余的另外一种方式对结果进行校验。
于本发明一具体实施例中，根据公式fs＝Fs(1-k1*|sinωΙt|)计算所述下次开关周期内的开关频率，其中fs为下次开关周期内的开关频率，Fs为给定的基本开关频率，k1为给定的频率调试范围系数，ωΙ为所述电压信号的输入角频率。
于本发明一具体实施例中，所述k1为20％，所述Fs为10kHz。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种脉冲调制系统，用于对开关电源的脉冲进行调制，所述系统包括：电压信号输入模块，用以接收一电压信号的输入；输入角频率计算模块，用以计算所述电压信号的输入角频率；起始时间计算模块，用以根据所述输入角频率计算得到下次开关周期的起始时间；开关频率计算模块，用以根据所述输入角频率以及给定的基本开关频率，计算得到下次开关周期内的开关频率；PWM波生成模块，用以当根据所述起始时间判断得到下个开关周期到来时，根据给定的占空比以及所述计算得到的下次开关周期内的开关频率，生成相应脉冲宽度的PWM波。
于本发明一具体实施例中，计算所述电压信号的输入角频率的方式包括以下中的一种：方式1)根据过零中断方式计算所述输入角频率；方式2)根据电压瞬时检测方式计算所述输入角频率。
于本发明一具体实施例中，还包括校验模块，用以在所述输入角频率计算模块采用方式1)或方式2)中的一种计算所述电压信号的输入角频率时，根据剩余的另外一种方式对结果进行校验。
于本发明一具体实施例中，所述开关频率计算模块根据公式fs＝Fs(1-k1*|sinωΙt|)计算所述下次开关周期内的开关频率，其中fs为下次开关周期内的开关频率，Fs为给定的基本开关频率，k1为给定的频率调试范围系数，ωΙ为所述电压信号的输入角频率。
于本发明一具体实施例中，所述k1为20％，所述Fs为10kHz。
如上所述，本发明的脉冲调制方法及系统，用于对开关电源的脉冲进行调制，所述方法包括：接收一电压信号的输入；计算所述电压信号的输入角频率；根据所述输入角频率计算得到下次开关周期的起始时间；根据所述输入角频率以及给定的基本开关频率，计算得到下次开关周期内的开关频率；当根据所述起始时间判断得到下个开关周期到来时，根据给定的占空比以及所述计算得到的下次开关周期内的开关频率，生成相应脉冲宽度的PWM波。本发明可以根据当前实际输入的电压信号对下个开关周期中的开关频率进行智能的调节，且电压越高，开关频率越小，降低开关损耗；开关频率以基本开关频率为参考值，能够满足高频化的要求；开关频率在一定范围内变化，能够使功率频谱宽带分布，从而减小噪声和电磁干扰。
附图说明
图1显示为本发明的脉冲调制方法在一具体实施例中的流程示意图。
图2显示为本发明的一应用实例中电压信号与开关频率fs的波形示意图。
图3显示为本发明的脉冲调制系统在一具体实施例中的模块示意图。
元件标号说明
1 脉冲调制系统
11 电压信号输入模块
12 输入角频率计算模块
13 起始时间计算模块
14 开关频率计算模块
15 PWM波生成模块
S11～S15 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，显示为本发明的脉冲调制方法在一具体实施例中的流程示意图。所述脉冲调制方法，用于对开关电源的脉冲进行调制，其中，所述开关电源可为采用AC-AC或AC-DC的工作方式，所述方法包括：
S11：接收一电压信号的输入；
S12：计算所述电压信号的输入角频率；于具体应用实例中，计算所述电压信号的输入角频率的方式包括以下中的一种：方式1)根据过零中断方式计算所述输入角频率；方式2)根据电压瞬时检测方式计算所述输入角频率。其中方式1)具体为，根据过零中断，获得与输入电压信号对应的方波信号，且该方波信号的周期即为所述电压信号的周期，且根据所述电压信号的周期即可获得所述电压信号的角频率。其中方式2)具体为，多次获取瞬时电压，且计算相邻的幅值为0的瞬时电压的时间差，即为所述电压信号的周期的一半，且在计算出所述电压信号的周期后，即可根据公式周期＝2π*角速度，获得所述电压信号的周期。且进一步的，当采用方式1)或方式2)中的一种计算所述电压信号的输入角频率时，根据剩余的另外一种方式对结果进行校验。
S13：根据所述输入角频率计算得到下次开关周期的起始时间；
S14：根据所述输入角频率以及给定的基本开关频率，计算得到下次开关周期内的开关频率；于本具体实施例中，根据公式fs＝Fs(1-k1*|sinωΙt|)计算所述下次开关周期内的开关频率，其中fs为下次开关周期内的开关频率，Fs为给定的基本开关频率，k1为给定的频率调试范围系数，ωΙ为所述电压信号的输入角频率。
S15：当根据所述起始时间判断得到下个开关周期到来时，根据给定的占空比以及所述计算得到的下次开关周期内的开关频率，生成相应脉冲宽度的PWM波。具体为，根据计算得到的下次开关周期内的开关频率可以计算下个周期内的开关周期ts，开关周期ts＝1/[Fs(1-k1*|sinωΙt|)]，且根据给定的占空比d，即可计算出确定的PWM波，PWM波的脉冲的持续时间为：d*ts。且产生所述PWM波后，驱动相应的IGBT或MOSFET工作，即执行开关的开或关的操作。
且应用本发明的脉冲调制方法进行调制后的输入电压的电压信号ui与开关频率fs的图形如图2所示，从该公式可以看出，当所述电压信号的幅度越大的时候，输出的开关频率fs的值会越小，减小开关的损耗，且开关频率fs可在一定范围内变化，能够使功率频谱宽带分布，从而减小噪声和电磁干扰。于本发明一具体实施例中，所述k1为20％，所述Fs为10KHZ。
请参阅图3，显示为本发明的脉冲调制系统在一具体实施例中的模块示意图。所述脉冲调制系统1，用于对开关电源的脉冲进行调制，所述系统1包括：
电压信号输入模块11，用以接收一电压信号的输入；
输入角频率计算模块12，用以计算所述电压信号的输入角频率；
起始时间计算模块13，用以根据所述输入角频率计算得到下次开关周期的起始时间；
开关频率计算模块14，用以根据所述输入角频率以及给定的基本开关频率，计算得到下次开关周期内的开关频率；
PWM波生成模块15，用以当根据所述起始时间判断得到下个开关周期到来时，根据给定的占空比以及所述计算得到的下次开关周期内的开关频率，生成相应脉冲宽度的PWM波。
于本发明一具体实施例中，计算所述电压信号的输入角频率的方式包括以下中的一种：方式1)根据过零中断方式计算所述输入角频率；方式2)根据电压瞬时检测方式计算所述输入角频率。
于本发明一具体实施例中，还包括校验模块，用以在所述输入角频率计算模块采用方式1)或方式2)中的一种计算所述电压信号的输入角频率时，根据剩余的另外一种方式对结果进行校验。
于本发明一具体实施例中，所述开关频率计算模块根据公式fs＝Fs(1-k1*|sinωΙt|)计算所述下次开关周期内的开关频率，其中fs为下次开关周期内的开关频率，Fs为给定的基本开关频率，k1为给定的频率调试范围系数，ωΙ为所述电压信号的输入角频率。
于本发明一具体实施例中，所述k1为20％，所述Fs为10kHz。
所述脉冲调制系统1为与所述脉冲调制方法对应的系统项，两者技术方案相对应，所有关于所述脉冲调制方法的描述均可应用于本实施例中，在此不加赘述。
综上所述，本发明的脉冲调制方法及系统，用于对开关电源的脉冲进行调制，所述方法包括：接收一电压信号的输入；计算所述电压信号的输入角频率；根据所述输入角频率计算得到下次开关周期的起始时间；根据所述输入角频率以及给定的基本开关频率，计算得到下次开关周期内的开关频率；当根据所述起始时间判断得到下个开关周期到来时，根据给定的占空比以及所述计算得到的下次开关周期内的开关频率，生成相应脉冲宽度的PWM波。本发明可以根据当前实际输入的电压信号对下个开关周期中的开关频率进行智能的调节，且电压越高，开关频率越小，降低开关损耗；开关频率以基本开关频率为参考值，能够满足高频化的要求；开关频率在一定范围内变化，能够使功率频谱宽带分布，从而减小噪声和电磁干扰。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种脉冲调制方法，其特征在于，用于对开关电源的脉冲进行调制，所述方法包括：
接收一电压信号的输入；
计算所述电压信号的输入角频率；
根据所述输入角频率计算得到下次开关周期的起始时间；
根据所述输入角频率以及给定的基本开关频率，计算得到下次开关周期内的开关频率；
当根据所述起始时间判断下个开关周期到来时，根据给定的占空比以及所述计算得到的下次开关周期内的开关频率，生成相应脉冲宽度的PWM波。
2.根据权利要求1所述的脉冲调制方法，其特征在于：计算所述电压信号的输入角频率的方式包括以下中的一种：
方式1)根据过零中断方式计算所述输入角频率；具体为，根据过零中断，获得与输入电压信号对应的方波信号，且该方波信号的周期即为所述电压信号的周期，且根据所述电压信号的周期即可获得所述电压信号的角频率；
方式2)根据电压瞬时检测方式计算所述输入角频率；具体为，多次获取瞬时电压，且计算相邻的幅值为0的瞬时电压的时间差，即为所述电压信号的周期的一半，且在计算出所述电压信号的周期后，即可根据公式周期＝2π*角速度，获得所述电压信号的周期。
3.根据权利要求2所述的脉冲调制方法，其特征在于：当采用方式1)或方式2)中的一种计算所述电压信号的输入角频率时，根据剩余的另外一种方式对结果进行校验。
4.根据权利要求1所述的脉冲调制方法，其特征在于：根据公式fs＝Fs(1-k1*|sinωIt|)计算所述下次开关周期内的开关频率，其中fs为下次开关周期内的开关频率，Fs为给定的基本开关频率，k1为给定的频率调试范围系数，ωI为所述电压信号的输入角频率。
5.根据权利要求4所述的脉冲调制方法，其特征在于：所述k1为20％，所述Fs为10kHz。
6.一种脉冲调制系统，其特征在于，用于对开关电源的脉冲进行调制，所述系统包括：
电压信号输入模块，用以接收一电压信号的输入；
输入角频率计算模块，用以计算所述电压信号的输入角频率；
起始时间计算模块，用以根据所述输入角频率计算得到下次开关周期的起始时间；
开关频率计算模块，用以根据所述输入角频率以及给定的基本开关频率，计算得到下次开关周期内的开关频率；
PWM波生成模块，用以当根据所述起始时间判断下个开关周期到来时，根据给定的占空比以及所述计算得到的下次开关周期内的开关频率，生成相应脉冲宽度的PWM波。
7.根据权利要求6所述的脉冲调制系统，其特征在于：计算所述电压信号的输入角频率的方式包括以下中的一种：
方式1)根据过零中断方式计算所述输入角频率；具体为，根据过零中断，获得与输入电压信号对应的方波信号，且该方波信号的周期即为所述电压信号的周期，且根据所述电压信号的周期即可获得所述电压信号的角频率；
方式2)根据电压瞬时检测方式计算所述输入角频率；具体为，多次获取瞬时电压，且计算相邻的幅值为0的瞬时电压的时间差，即为所述电压信号的周期的一半，且在计算出所述电压信号的周期后，即可根据公式周期＝2π*角速度，获得所述电压信号的周期。
8.根据权利要求7所述的脉冲调制系统，其特征在于：还包括校验模块，用以在所述输入角频率计算模块采用方式1)或方式2)中的一种计算所述电压信号的输入角频率时，根据剩余的另外一种方式对结果进行校验。
9.根据权利要求6所述的脉冲调制系统，其特征在于：所述开关频率计算模块根据公式fs＝Fs(1-k1*|sinωIt|)计算所述下次开关周期内的开关频率，其中fs为下次开关周期内的开关频率，Fs为给定的基本开关频率，k1为给定的频率调试范围系数，ωI为所述电压信号的输入角频率。
10.根据权利要求9所述的脉冲调制系统，其特征在于：所述k1为20％，所述Fs为10kHz。
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