CN110266210B - 一种pwm调制装置、电力电子设备及其pwm调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PWM调制装置、电力电子设备及其PWM调制方法，该装置包括：比较单元；所述比较单元，包括：第一比较器；所述第一比较器，用于将对第一调制波和第二调制波进行调幅处理后得到的第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后，生成PWM波形；所述PWM波形的频率，能够在设定频率范围内抖动变化；且所述PWM波形的占空比，能够根据使用需求进行控制。本发明的方案，可以解决PWM生成波形过程复杂的问题，达到简化PWM生成波形过程的效果。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种PWM调制装置、电力电子设备及其PWM调制方法，尤其涉及一种频谱展宽PWM调制方法及家用电器、变频器和电动汽车。
背景技术
脉冲宽度调制(PWM)是广泛应用于电力电子领域、特别是开关电源和变频器的电压调制方式，通过伏秒平衡等效模拟低频电压波形。PWM波形的一种生成方式，是参考波形与锯齿波比较，锯齿波可以是上升下降时间对称的三角波，也可以是上升下降时间不对称的波形。
传统PWM生成波形过程复杂，需要积分环节，滞环比较器等复杂的非线性运算环节，增加了硬件成本需求以及限制了推广运用到实际产品。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种PWM调制装置、电力电子设备及其PWM调制方法，以解决PWM生成波形过程复杂的问题，达到简化PWM生成波形过程的效果。
本发明提供一种PWM调制装置，包括：比较单元；所述比较单元，包括：第一比较器；所述第一比较器，用于将对第一调制波和第二调制波进行调幅处理后得到的第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后，生成PWM波形；所述PWM波形的频率，能够在设定频率范围内抖动变化；且所述PWM波形的占空比，能够根据使用需求进行控制。
可选地，还包括：调幅单元；所述调幅单元，用于对所述第一调制波和/或所述第二调制波进行调幅处理后，得到所述第一调制波的第一调幅信号、和/或所述第二调制波的第二调幅信号后，再将所述第一调幅信号和/或所述第二调幅信号输出至所述第一比较器。
可选地，所述调幅单元，包括：第一调幅模块；所述第一调幅模块，用于基于所述第一调制波和设定的计数周期进行调幅处理，以得到第一调幅信号，并将所述第一调幅信号输出至所述第一比较器的第一输入端。
可选地，所述第一调幅模块，包括：第一乘法器；所述第一乘法器，用于将所述第一调制波和设定的计数周期进行倍乘处理后，以得到第一倍乘信号，并将所述第一倍乘信号作为第一调幅信号输出至所述第一比较器的第一输入端；其中，所述第一调制波的幅度小于或等于设定值，所述第一倍乘信号的值小于或等于设定的计数周期的值。
可选地，所述调幅单元，包括：第二调幅模块；所述第二调幅模块，用于基于所述第二调制波、设定的计数周期和设定的计数脉冲进行调幅处理，以得到第二调幅信号，并将所述第二调幅信号输出至所述第一比较器的第二输入端。
可选地，所述第二调幅模块，包括：第二乘法器、第二比较器和计数器；其中，所述第二乘法器，用于对所述第二调制波和设定的计数周期进行倍乘处理后，以得到第二倍乘信号，并将所述第二倍乘信号输出至所述第二比较器的第二输入端；所述第二比较器，用于将所述第二倍乘信号和所述第一比较器的第二输入端的输入信号进行比较处理后，得到第二比较信号，并将所述第二比较信号输出至所述计数器的计数复位端；所述计数器，用于基于所述第二比较信号和设定的计数脉冲进行计数处理后，得到计数输出信号，并将所述计数输出信号作为第二调幅信号输出至所述第一比较器的第二输入端。
可选地，其中，所述计数器，能够采用计数-清零或者上升-下降方式进行计数，当采用上升-下降方式时，当计数器计数值下降至0时，计数器能够自动改变计数方向，或者通过外部第一比较器触发计数方向的改变；和/或，所述计数周期，为计数器的计数周期；和/或，所述计数脉冲，包括：单片机或微控制器的时钟信号经过锁相环倍频或者降频后的方波。
可选地，其中，所述第一调制波，包括：变频器中的正弦波，直流斩波电路中的直流信号，或带反馈控制的电力电子电路中的反馈控制输出信号；和/或，所述第二调制波，包括：平均值为第一设定值、最小值大于第二设定值、且周期为设定周期的任意波形。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电力电子设备，包括：以上所述的PWM调制装置。
与上述电力电子设备相匹配，本发明再一方面提供一种电力电子设备的PWM调制方法，包括：将对第一调制波和第二调制波进行调幅处理后得到的第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后，生成PWM波形；所述PWM波形的频率，能够在设定频率范围内抖动变化；且所述PWM波形的占空比，能够根据使用需求进行控制。
可选地，还包括：在所述将第一调制波和第二调制波进行比较处理之前，对所述第一调制波和/或所述第二调制波进行调幅处理后，得到所述第一调制波的第一调幅信号、和/或所述第二调制波的第二调幅信号后，再执行将第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理的操作。
可选地，对所述第一调制波进行调幅处理，包括：基于所述第一调制波和设定的计数周期进行调幅处理，以得到第一调幅信号；其中，所述第一调制波的幅度小于或等于设定值，所述第一倍乘信号的值小于或等于设定的计数周期的值。
可选地，对所述第二调制波进行调幅处理，包括：基于所述第二调制波、设定的计数周期和设定的计数脉冲进行调幅处理，以得到第二调幅信号；其中，所述计数脉冲，包括：单片机或微控制器的时钟信号经过锁相环倍频或者降频后的方波。
可选地，其中，所述第一调制波，包括：变频器中的正弦波，直流斩波电路中的直流信号，或带反馈控制的电力电子电路中的反馈控制输出信号；和/或，所述第二调制波，包括：平均值为第一设定值、最小值大于第二设定值、且周期为设定周期的任意波形。
本发明的方案，通过只使用简单的乘法、加法以及计数器和比较器，无须非线性算术运算即可生成PWM波形，通过软件调制策略的改变就可以有效降低传导EMI水平，在保证同等传导EMI裕量的条件下，则可以简化滤波器电路设计并降低成本。
进一步，本发明的方案，通过简化频谱展宽PWM的调制过程，使之更容易应用于实际产品，应用范围更广。
进一步，本发明的方案，通过在传统的PWM控制器的基础上，有所减少积分环节，滞环比较器等非线性运算环节，简化了PWM生成波形过程，节约了成本。
由此，本发明的方案，通过只使用简单的乘法、加法以及计数器和比较器，无须非线性算术运算即可生成PWM波形，解决PWM生成波形过程复杂的问题，从而，克服波形生成过程复杂、成本高和应用范围小的缺陷，实现波形生成过程简单、成本低和有利于推广应用的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的PWM调制装置的一实施例的结构示意图，具体为频谱展宽PWM调制电路的原理示意图；
图2为本发明的PWM调制装置的一实施例的第一调制波的波形示意图；
图3为本发明的PWM调制装置的一实施例的第二调制波的波形示意图；
图4为本发明的PWM调制装置的一实施例的定频调制PWM波形幅频示意图；
图5为本发明的PWM调制装置的一实施例的抖频调制PWM波形幅频示意图；
图6为本发明的PWM调制装置的一实施例的定频调制PWM波形对数幅频曲线示意图；
图7为本发明的PWM调制装置的一实施例的抖频调制PWM波形对数幅频曲线示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
根据本发明的实施例，提供了一种PWM调制装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该PWM调制装置可以包括：比较单元；所述比较单元，可以包括：第一比较器。
其中，所述第一比较器，可以用于将对第一调制波和第二调制波进行调幅处理后得到的第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后，生成PWM波形。所述PWM波形的频率，能够在设定频率范围内抖动变化。且所述PWM波形的占空比，能够根据使用需求进行控制。其中，第一调制波和第二调制波，均是待调制的波形。
例如：采用频谱展宽PWM调制，不需做硬件改动，通过软件调制策略的改变就可以有效降低传导EMI(电磁干扰或电磁骚扰)水平，在保证同等传导EMI裕量的条件下，则可以简化滤波器电路设计并降低成本；实现过程更加简单，无需复杂的积分环节、滞环环节等复杂非线性运算，有效简化频谱展宽PWM的调制方法，使之更容易应用于实际产品。
由此，通过将对第一调制波和第二调制波进行调幅处理后得到的第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后生成PWM波形，使得PWM波形的生成过程得以简化，有利于节约成本并扩大PWM调制的应用范围。
可选地，所述第一调制波，可以包括：变频器中的正弦波，直流斩波电路中的直流信号，或带反馈控制的电力电子电路中的反馈控制输出信号。
其中，在开关电源中需要通过生成频谱展宽PWM调制波来控制MOS管快速开关，对电路进行斩波，以实现生成稳定的输出电压；在变频器中，通过改变PWM波形频率和占空比，实现精准变频控制。
例如：如图1所示，第一调制波在变频器中为正弦波，例如：可以采用空间矢量调制策略或者叠加谐波以提高电压利用率，作为几种较好的产生正弦波的方法，可以提高电压利用率。在直流斩波电路中第一调制波为直流信号。在带反馈控制的电力电子电路中，第一调制波通常由反馈控制输出。第一调制波的幅度通常不应大于1，与计数器计数周期相乘后不大于计数周期，否则会产生过调制。
由此，通过适用于不同场合的第一调制波，可以实现所生成的PWM波形适用于多种场合，应用范围广，且应用方式方便。
可选地，所述第二调制波，可以包括：平均值为第一设定值、最小值大于第二设定值、且周期为设定周期的任意波形。
例如：第二调制波是平均值为1、最小值大于0的周期为T的任意波形，例如偏置正弦波、重复指数波形等。
由此，通过对第二调制波的幅值和波形进行限定，有利于提升所生成的PWM波形的稳定性。
在一个可选实施方式中，还可以包括：调幅单元。
其中，所述调幅单元，可以用于对所述第一调制波和/或所述第二调制波进行调幅处理后，得到所述第一调制波的第一调幅信号、和/或所述第二调制波的第二调幅信号后，再将所述第一调幅信号和/或所述第二调幅信号输出至所述第一比较器。那么，所述第一比较器生成PWM波形的具体情形，则可以包括以下至少一种情形。
第一种情形：在所述调幅单元对所述第一调制波和所述第二调制波均进行调幅处理的情况下，所述第一比较器，则可以用于将第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后，生成PWM波形。
第二种情形：在所述调幅单元只对所述第一调制波进行调幅处理的情况下，所述第一比较器，则可以用于将第一调幅信号和第二调制波进行比较处理后，生成PWM波形。
第三种情形：在所述调幅单元只对所述第二调制波均进行调幅处理的情况下，所述第一比较器，则可以用于将第一调制波和第二调幅信号进行比较处理后，生成PWM波形。
另外，在定频PWM控制时，所述第一调制波和所述第二调制波均不需要调幅处理，也就是说所述第一比较器直接将对第一调制波和第二调制波进行调幅处理后得到的第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后生成定频PWM控制所需的PWM波形即可。
其中，因为要生成频谱展宽PWM控制，即需要生成一种频率可以在一定范围抖动变化，且占空比可根据需求控制改变的PWM波形；此时需要对原始的第一调制波和第二调制波进行一定的调幅处理，所有需要同步倍乘以计数周期。
例如：两种情况可省去乘法器：第一调制波和第二调制波已经进行了倍乘计数周期的调幅处理，如第一调制波和第二调制波已经倍乘计数周期，此时图1中相应的乘法器可以省去；对于简单的定频PWM控制，则也不需要倍乘计数周期处理。
由此，通过在基于第一调制波和第二调制进行比较处理得到PWM波形之前，可以对第一调制波、第二调制波中的相应调制波进行调幅处理，从而可以提升PWM波形的应用范围。
在一个可选例子中，所述调幅单元，可以包括：第一调幅模块。
其中，所述第一调幅模块，可以用于基于所述第一调制波和设定的计数周期进行调幅处理，以得到第一调幅信号，并将所述第一调幅信号输出至所述第一比较器的第一输入端。
由此，通过基于所述第一调制波和设定的计数周期进行调幅处理实现对第一调制波的调幅处理，调幅过程简单，且调幅结果精准。
可选地，所述第一调幅模块，可以包括：第一乘法器。
具体地，所述第一乘法器，可以用于将所述第一调制波和设定的计数周期进行倍乘处理后，以得到第一倍乘信号，并将所述第一倍乘信号作为第一调幅信号输出至所述第一比较器的第一输入端。例如：通过第一乘法器，实现对所述第一调制波的调幅处理，并向所述第一比较器的第一输入端输出第一调幅信号。
其中，所述第一调制波的幅度小于或等于设定值，所述第一倍乘信号的值小于或等于设定的计数周期的值。
例如：第一调制波经第一乘法器倍乘计数周期后，经第一比较器比较产生频谱展宽PWM波形。
由此，通过第一乘法器实现对第一调制波的调幅处理，元器件少，成本少，且调幅过程简单且可靠。
在一个可选例子中，所述调幅单元，可以包括：第二调幅模块。
其中，所述第二调幅模块，可以用于基于所述第二调制波、设定的计数周期和设定的计数脉冲进行调幅处理，以得到第二调幅信号，并将所述第二调幅信号输出至所述第一比较器的第二输入端。
例如：第二比较器对计数输出和第二调制波倍乘计数周期的信号进行比较，当前者大于后者时，比较器输出信号，使计数器复位或者向相反方向计数。
由此，通过基于第二调制波、设定的计数周期和设定的计数脉冲进行调幅处理以实现对第二调制波的调幅处理，调幅过程可靠且安全。
可选地，所述第二调幅模块，可以包括：第二乘法器、第二比较器和计数器。
具体地，所述第二乘法器，可以用于对所述第二调制波和设定的计数周期进行倍乘处理后，以得到第二倍乘信号，并将所述第二倍乘信号输出至所述第二比较器的第二输入端。
其中，所述计数周期，为计数器的计数周期。
由此，通过采用计数器的计数周期对第二调制波进行倍乘处理，有利于保证对第二调制波进行倍乘处理的精准性和可靠性。
具体地，所述第二比较器，可以用于将所述第二倍乘信号和所述第一比较器的第二输入端的输入信号进行比较处理后，得到第二比较信号，并将所述第二比较信号输出至所述计数器的计数复位端。
具体地，所述计数器，可以用于基于所述第二比较信号和设定的计数脉冲进行计数处理后，得到计数输出信号，并将所述计数输出信号作为第二调幅信号输出至所述第一比较器的第二输入端。
例如：提供一种频谱展宽PWM方法，只使用简单的乘法、加法以及计数器和比较器，无须非线性算术运算即可实现；而且，简化频谱展宽PWM的调制方法，使之更容易应用于实际产品。也就是说，频谱展宽PWM方法只使用简单的乘法、加法以及计数器和比较器，无须非线性算术运算；其中，不用涉及增加硬件成本，在传统的PWM控制器的基础上，有所减少积分环节，滞环比较器等非线性运算环节。
由此，通过第二乘法器、第二比较器和计数器实现对第二调制波的调幅处理，结构简单，且调幅过程简便且可靠。
其中，所述计数脉冲，可以包括：单片机或微控制器的时钟信号经过锁相环倍频或者降频后的方波。
例如：计数器对计数脉冲进行计数，计数脉冲来源为单片机或微控制器的时钟信号经过锁相环倍频或者降频后的方波，计数脉冲的频率通常为1MHz–150MHz。
由此，通过以单片机或微控制器的时钟信号经过锁相环倍频或者降频后的方波作为脉冲信号，可以提升脉冲控制的精准性和可靠性。
更可选地，所述计数器，能够采用计数-清零或者上升-下降方式进行计数，当采用上升-下降方式时，当计数器计数值下降至0时，计数器能够自动改变计数方向，或者通过外部第一比较器触发计数方向的改变。
例如：计数器可以采用计数-清零或者上升-下降方式进行计数，当采用上升-下降方式时，当计数器计数值下降至0时，计数器可以自动改变计数方向，或者通过外部第一比较器触发计数方向的改变。
由此，通过使计数器采用计数-清零或者上升-下降方式进行计数，可以适用于多种需求的调幅处理场合，灵活且可靠。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过只使用简单的乘法、加法以及计数器和比较器，无须非线性算术运算即可生成PWM波形，通过软件调制策略的改变就可以有效降低传导EMI水平，在保证同等传导EMI裕量的条件下，则可以简化滤波器电路设计并降低成本。
根据本发明的实施例，还提供了对应于PWM调制装置的一种电力电子设备。该电力电子设备可以包括：以上所述的PWM调制装置。
可选地，所述电力电子设备，可以包括：电力电子电路，或使用电力电子电路进行斩波控制的电器。其中，所述电力电子电路，可以包括：开关电源或变频器。所述电器，可以包括：感应加热电饭锅、电磁炉、电动汽车、工业机器人或变频空调。
传统的PWM脉冲控制器由电压比较器、惯性环节或积分环节、滞环比较器等组成。由PWM控制器、控制对象与反馈变换等组成PWM脉冲控制系统，控制对象的受控变量经反馈变换环节输出反馈变量，与控制给定一起通过比较器输出一个脉冲信号，经惯性或积分环节产生类三角波信号，再通过滞环比较器生成PWM脉冲控制信号，作用于控制对象调节其输出变量大小。
在一个可选实施方式中，本发明的方案，提供一种频谱展宽PWM方法，只使用简单的乘法、加法以及计数器和比较器，无须非线性算术运算即可实现；而且，简化频谱展宽PWM的调制方法，使之更容易应用于实际产品。
在一个可选例子中，本发明的方案中，频谱展宽PWM方法只使用简单的乘法、加法以及计数器和比较器，无须非线性算术运算。其中，不用涉及增加硬件成本，在传统的PWM控制器的基础上，有所减少积分环节，滞环比较器等非线性运算环节。
也就是说，本发明的方案中，频谱展宽PWM方法只使用简单的乘法、加法以及计数器和比较器，不用涉及硬件改进，在传统的PWM控制器的基础上，有所减少积分环节，滞环比较器等非线性运算环节，无须非线性算术运算。
可见，本发明的方案，采用频谱展宽PWM调制，不需做硬件改动，通过软件调制策略的改变就可以有效降低传导EMI(电磁干扰或电磁骚扰)水平，在保证同等传导EMI裕量的条件下，则可以简化滤波器电路设计并降低成本。
在一个可选具体实施方式中，可以参见图1至图7所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。
在一个可选具体例子中，本发明的方案提供的频谱展宽PWM调制方法，可以应用于开关电源、变频器等电力电子电路，以及使用电力电子电路斩波控制的感应加热(IH)电饭锅、电磁炉、电动汽车、工业机器人、变频空调等。
在一个可选具体例子中，本发明的方案可以在数字控制用单片机、微控制器、可编程芯片(FPGA、CPLD)中实现，也可以用于数值仿真。
具体地，PWM调制采用的是脉宽调制控制方式，运用领域十分普遍。在开关电源中需要通过生成频谱展宽PWM调制波来控制MOS管快速开关，对电路进行斩波，以实现生成稳定的输出电压；在变频器中，通过改变PWM波形频率和占空比，实现精准变频控制。现在几乎所有的家用电器、电动汽车、工业机器人以及工业电气设备中都必须用到开关电源和变频器，因此本发明的方案中的频谱展宽PWM调制方法具有广阔运用前景。
在一个可选具体例子中，如图1所示，第一调制波在变频器中为正弦波，例如：可以采用空间矢量调制策略或者叠加谐波以提高电压利用率，作为几种较好的产生正弦波的方法，可以提高电压利用率。
可选地，在直流斩波电路中第一调制波为直流信号。在带反馈控制的电力电子电路中，第一调制波通常由反馈控制输出。第一调制波的幅度通常不应大于1，与计数器计数周期相乘后不大于计数周期，否则会产生过调制。
在一些表述方式中，第一调制波和第二调制波已经倍乘计数周期，此时图1中相应的乘法器可以省去。
其中，因为要生成频谱展宽PWM控制，即需要生成一种频率可以在一定范围抖动变化，且占空比可根据需求控制改变的PWM波形；此时需要对原始的第一调制波和第二调制波进行一定的调幅处理，所有需要同步倍乘以计数周期。
可选地，两种情况可省去乘法器：一：第一调制波和第二调制波已经进行了倍乘计数周期的调幅处理。二、对于简单的定频PWM控制，则也不需要倍乘计数周期处理。
在一个可选具体例子中，第二调制波是平均值为1、最小值大于0的周期为T的任意波形，例如偏置正弦波、重复指数波形等，典型波形是周期T＝4ms的三角波：
当0<＝t<＝UT时，f(t)＝1-M/2+M*t/(UT)；
当UT<＝t<＝T时，f(t)＝1+M/2-M*(t-UT)/(DT)。
其中，M是调制深度，0<M<＝1；U是三角波上升时间占三角波周期的比例，D是三角波下降时间占三角波周期的比例，U和D满足0<＝U<＝1，0<＝D<＝1，U+D＝1。
可选地，这两个公式就是生成典型波形可以是周期T＝4ms的三角波的通式。
例如：对于图2和图3中，周期T＝4s，横坐标时间t取0-2秒时，三角波由低值0.96上升到到最大值1.04，采用公式表示为：f(t)＝1-M/2+M*t/(UT)，当0<＝t<＝UT时。又如：当横坐标时间t取2-4秒时，三角波由低值1.04下降到到最大值0.96，采用公式表示为：f(t)＝1+M/2-M*(t-UT)/(DT)，当UT<＝t<＝T时。
在一个可选具体例子中，计数器对计数脉冲进行计数，计数脉冲来源为单片机或微控制器的时钟信号经过锁相环倍频或者降频后的方波，计数脉冲的频率通常为1MHz–150MHz。
可选地，计数器可以采用计数-清零或者上升-下降方式进行计数，当采用上升-下降方式时，当计数器计数值下降至0时，计数器可以自动改变计数方向，或者通过外部第一比较器触发计数方向的改变。
在一个可选具体例子中，第二比较器对计数输出和第二调制波倍乘计数周期的信号进行比较，当前者大于后者时，比较器输出信号，使计数器复位或者向相反方向计数。
在一个可选具体例子中，第一调制波经第一乘法器倍乘计数周期后，经第一比较器比较产生频谱展宽PWM波形。
本发明的方案，实现过程更加简单，无需复杂的积分环节、滞环环节等复杂非线性运算，有效简化频谱展宽PWM的调制方法，使之更容易应用于实际产品。
由于本实施例的电力电子设备所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图7所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过简化频谱展宽PWM的调制过程，使之更容易应可以用于实际产品，应用范围更广。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电力电子设备的一种电力电子设备的PWM调制方法。该电力电子设备的PWM调制方法可以包括：将对第一调制波和第二调制波进行调幅处理后得到的第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后，生成PWM波形。所述PWM波形的频率，能够在设定频率范围内抖动变化。且所述PWM波形的占空比，能够根据使用需求进行控制。其中，第一调制波和第二调制波，均是待调制的波形。
例如：第一调制波经第一乘法器倍乘计数周期后，经第一比较器比较产生频谱展宽PWM波形。又如：第二比较器对计数输出和第二调制波倍乘计数周期的信号进行比较，当前者大于后者时，比较器输出信号，使计数器复位或者向相反方向计数。
例如：采用频谱展宽PWM调制，不需做硬件改动，通过软件调制策略的改变就可以有效降低传导EMI(电磁干扰或电磁骚扰)水平，在保证同等传导EMI裕量的条件下，则可以简化滤波器电路设计并降低成本；实现过程更加简单，无需复杂的积分环节、滞环环节等复杂非线性运算，有效简化频谱展宽PWM的调制方法，使之更容易应用于实际产品。
由此，通过将对第一调制波和第二调制波进行调幅处理后得到的第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后生成PWM波形，使得PWM波形的生成过程得以简化，有利于节约成本并扩大PWM调制的应用范围。
可选地，所述第一调制波，可以包括：变频器中的正弦波，直流斩波电路中的直流信号，或带反馈控制的电力电子电路中的反馈控制输出信号。
其中，在开关电源中需要通过生成频谱展宽PWM调制波来控制MOS管快速开关，对电路进行斩波，以实现生成稳定的输出电压；在变频器中，通过改变PWM波形频率和占空比，实现精准变频控制。
例如：如图1所示，第一调制波在变频器中为正弦波，例如：可以采用空间矢量调制策略或者叠加谐波以提高电压利用率，作为几种较好的产生正弦波的方法，可以提高电压利用率。在直流斩波电路中第一调制波为直流信号。在带反馈控制的电力电子电路中，第一调制波通常由反馈控制输出。第一调制波的幅度通常不应大于1，与计数器计数周期相乘后不大于计数周期，否则会产生过调制。
由此，通过适用于不同场合的第一调制波，可以实现所生成的PWM波形适用于多种场合，应用范围广，且应用方式方便。
可选地，所述第二调制波，可以包括：平均值为第一设定值、最小值大于第二设定值、且周期为设定周期的任意波形。
例如：第二调制波是平均值为1、最小值大于0的周期为T的任意波形，例如偏置正弦波、重复指数波形等。
由此，通过对第二调制波的幅值和波形进行限定，有利于提升所生成的PWM波形的稳定性。
在一个可选实施方式中，还可以包括：在所述将第一调制波和第二调制波进行比较处理之前，对所述第一调制波和/或所述第二调制波进行调幅处理后，得到所述第一调制波的第一调幅信号、和/或所述第二调制波的第二调幅信号后，再执行将第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理的操作(例如：将所述第一调幅信号和/或所述第二调幅信号输出至所述第一比较器)。那么，所述第一比较器生成PWM波形的具体情形，则可以包括以下至少一种情形。
第一种情形：在所述调幅单元对所述第一调制波和所述第二调制波均进行调幅处理的情况下，所述第一比较器，则可以用于将第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后，生成PWM波形。
第二种情形：在所述调幅单元只对所述第一调制波进行调幅处理的情况下，所述第一比较器，则可以用于将第一调幅信号和第二调制波进行比较处理后，生成PWM波形。
第三种情形：在所述调幅单元只对所述第二调制波均进行调幅处理的情况下，所述第一比较器，则可以用于将第一调制波和第二调幅信号进行比较处理后，生成PWM波形。
另外，在定频PWM控制时，所述第一调制波和所述第二调制波均不需要调幅处理，也就是说所述第一比较器直接将对第一调制波和第二调制波进行调幅处理后得到的第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后生成定频PWM控制所需的PWM波形即可。
其中，因为要生成频谱展宽PWM控制，即需要生成一种频率可以在一定范围抖动变化，且占空比可根据需求控制改变的PWM波形；此时需要对原始的第一调制波和第二调制波进行一定的调幅处理，所有需要同步倍乘以计数周期。
例如：两种情况可省去乘法器：第一调制波和第二调制波已经进行了倍乘计数周期的调幅处理，如第一调制波和第二调制波已经倍乘计数周期，此时图1中相应的乘法器可以省去；对于简单的定频PWM控制，则也不需要倍乘计数周期处理。
由此，通过在基于第一调制波和第二调制进行比较处理得到PWM波形之前，可以对第一调制波、第二调制波中的相应调制波进行调幅处理，从而可以提升PWM波形的应用范围。
可选地，对所述第一调制波进行调幅处理，可以包括：基于所述第一调制波和设定的计数周期进行调幅处理，以得到第一调幅信号，并可以将所述第一调幅信号输出至第一比较器的第一输入端。
优选地，基于所述第一调制波和设定的计数周期进行调幅处理，可以包括：将所述第一调制波和设定的计数周期进行倍乘处理后，以得到第一倍乘信号，并将所述第一倍乘信号作为第一调幅信号如可以输出至所述第一比较器的第一输入端。例如：通过第一乘法器，实现对所述第一调制波的调幅处理，并向所述第一比较器的第一输入端输出第一调幅信号。
其中，所述第一调制波的幅度小于或等于设定值，所述第一倍乘信号的值小于或等于设定的计数周期的值。
例如：第一调制波经第一乘法器倍乘计数周期后，经第一比较器比较产生频谱展宽PWM波形。
由此，通过第一乘法器实现对第一调制波的调幅处理，元器件少，成本少，且调幅过程简单且可靠。
可选地，对所述第二调制波进行调幅处理，可以包括：基于所述第二调制波、设定的计数周期和设定的计数脉冲进行调幅处理，以得到第二调幅信号，并可以将所述第二调幅信号输出至第一比较器的第二输入端。
优选地，基于所述第二调制波、设定的计数周期和设定的计数脉冲进行调幅处理，可以包括：步骤1、对所述第二调制波和设定的计数周期进行倍乘处理后，以得到第二倍乘信号，并可以将所述第二倍乘信号输出至第二比较器的第二输入端。步骤2、将所述第二倍乘信号和所述第一比较器的第二输入端的输入信号进行比较处理后，得到第二比较信号，并可以将所述第二比较信号输出至计数器的计数复位端。步骤3、基于所述第二比较信号和设定的计数脉冲进行计数处理后，得到计数输出信号，并可以将所述计数输出信号作为第二调幅信号输出至第一比较器的第二输入端。
例如：第二比较器对计数输出和第二调制波倍乘计数周期的信号进行比较，当前者大于后者时，比较器输出信号，使计数器复位或者向相反方向计数。
由此，通过基于第二调制波、设定的计数周期和设定的计数脉冲进行调幅处理以实现对第二调制波的调幅处理，调幅过程可靠且安全。
其中，所述计数脉冲，可以包括：单片机或微控制器的时钟信号经过锁相环倍频或者降频后的方波。
例如：计数器对计数脉冲进行计数，计数脉冲来源为单片机或微控制器的时钟信号经过锁相环倍频或者降频后的方波，计数脉冲的频率通常为1MHz–150MHz。
由此，通过以单片机或微控制器的时钟信号经过锁相环倍频或者降频后的方波作为脉冲信号，可以提升脉冲控制的精准性和可靠性。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图5所示的电力电子设备的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过在传统的PWM控制器的基础上，有所减少积分环节，滞环比较器等非线性运算环节，简化了PWM生成波形过程，节约了成本。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (12)
1.一种PWM调制装置，其特征在于，包括：比较单元；所述比较单元，包括：第一比较器；
所述第一比较器，用于将对第一调制波和第二调制波进行调幅处理后得到的第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后，生成PWM波形；所述PWM波形的频率，能够在设定频率范围内抖动变化；且所述PWM波形的占空比，能够根据使用需求进行控制；
还包括：调幅单元；
所述调幅单元，用于对所述第一调制波和所述第二调制波进行调幅处理后，得到所述第一调制波的第一调幅信号、和所述第二调制波的第二调幅信号后，再将所述第一调幅信号和所述第二调幅信号输出至所述第一比较器；
所述调幅单元，包括：第二调幅模块；
所述第二调幅模块，用于基于所述第二调制波、设定的计数周期和设定的计数脉冲进行调幅处理，以得到第二调幅信号，并将所述第二调幅信号输出至所述第一比较器的第二输入端；
所述第二调幅模块，包括：第二乘法器、第二比较器和计数器；其中，
所述第二乘法器，用于对所述第二调制波和设定的计数周期进行倍乘处理后，以得到第二倍乘信号，并将所述第二倍乘信号输出至所述第二比较器的第二输入端；
所述第二比较器，用于将所述第二倍乘信号和所述第一比较器的第二输入端的输入信号进行比较处理后，得到第二比较信号，并将所述第二比较信号输出至所述计数器的计数复位端；
所述计数器，用于基于所述第二比较信号和设定的计数脉冲进行计数处理后，得到计数输出信号，并将所述计数输出信号作为第二调幅信号输出至所述第一比较器的第二输入端。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调幅单元，包括：第一调幅模块；
所述第一调幅模块，用于基于所述第一调制波和设定的计数周期进行调幅处理，以得到第一调幅信号，并将所述第一调幅信号输出至所述第一比较器的第一输入端。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一调幅模块，包括：第一乘法器；
所述第一乘法器，用于将所述第一调制波和设定的计数周期进行倍乘处理后，以得到第一倍乘信号，并将所述第一倍乘信号作为第一调幅信号输出至所述第一比较器的第一输入端；
其中，所述第一调制波的幅度小于或等于设定值，所述第一倍乘信号的值小于或等于设定的计数周期的值。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中，
所述计数器，能够采用计数-清零或者上升-下降方式进行计数，当采用上升-下降方式时，当计数器计数值下降至0时，计数器能够自动改变计数方向，或者通过第一比较器触发计数方向的改变；
和/或，
所述计数周期，为计数器的计数周期；
和/或，
所述计数脉冲，包括：微控制器的时钟信号经过锁相环倍频或者降频后的方波。
5.根据权利要求1-4之一所述的装置，其特征在于，其中，
所述第一调制波，包括：变频器中的正弦波，直流斩波电路中的直流信号，或带反馈控制的电力电子电路中的反馈控制输出信号；
和/或，
所述第二调制波，包括：平均值为第一设定值、最小值大于第二设定值、且周期为设定周期的任意波形。
6.一种电力电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1-5任一所述的PWM调制装置。
7.根据权利要求6所述的电力电子设备，其特征在于，所述电力电子设备，包括：电力电子电路，或使用电力电子电路进行斩波控制的电器；其中，
所述电力电子电路，包括：开关电源；
所述电器，包括：感应加热电饭锅、电磁炉、电动汽车、工业机器人或变频空调。
8.一种如权利要求6-7任一所述的电力电子设备的PWM调制方法，其特征在于，包括：
将对第一调制波和第二调制波进行调幅处理后得到的第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理后，生成PWM波形；所述PWM波形的频率，能够在设定频率范围内抖动变化；且所述PWM波形的占空比，能够根据使用需求进行控制。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述第一调制波和所述第二调制波进行调幅处理后，得到所述第一调制波的第一调幅信号、和所述第二调制波的第二调幅信号后，再执行将第一调幅信号和第二调幅信号进行比较处理的操作。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，对所述第一调制波进行调幅处理，包括：
基于所述第一调制波和设定的计数周期进行调幅处理，以得到第一调幅信号；
其中，所述第一调制波的幅度小于或等于设定值，第一倍乘信号的值小于或等于设定的计数周期的值。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，对所述第二调制波进行调幅处理，包括：
基于所述第二调制波、设定的计数周期和设定的计数脉冲进行调幅处理，以得到第二调幅信号；
其中，所述计数脉冲，包括：微控制器的时钟信号经过锁相环倍频或者降频后的方波。
12.根据权利要求8-11之一所述的方法，其特征在于，其中，
所述第一调制波，包括：变频器中的正弦波，直流斩波电路中的直流信号，或带反馈控制的电力电子电路中的反馈控制输出信号；和/或，
所述第二调制波，包括：平均值为第一设定值、最小值大于第二设定值、且周期为设定周期的任意波形。
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