CN113098454A - Pwm信号生成方法、单相pwm信号生成模块及三相pwm信号生成模块 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供PWM信号生成方法、单相PWM信号生成模块及三相PWM信号生成模块，用于控制上功率管和下功率管。该方法包括：接收外部同步信号；基于外部同步信号，按照PWM信号生成的工作时钟周期输出同步信号；基于同步信号来生成三角波的半周期信号和三角波实时计数值；接收载波数据；基于工作时钟周期、上功率管和下功率管的死区时间及半周期信号来对载波数据进行处理，以得到处理后的载波数据；每个工作时钟周期，将处理后的载波数据与三角波实时计数值进行比较，以生成上功率管PWM信号和下功率管PWM信号；接收使能信号；及基于使能信号来输出上功率管PWM信号和下功率管PWM信号。从而能提高控制的灵活性和准确性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及风电技术领域，尤其涉及一种PWM信号生成方法、单相PWM信号生成模块及三相PWM信号生成模块。
背景技术
随着煤炭、石油等能源的逐渐枯竭，人类越来越重视可再生能源的利用。风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到世界各国的重视。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。风力发电是指利用风力发电机把风的动能转换为电能。
随着科技的不断发展，人类对能源的要求越来越多，传统能源碳排放导致气候问题越来越严重，风电作为具有清洁、可再生等优势的新能源，越来越多的应用到整个电力系统中，其占比也在不断提升。风力发电机高效率运行对风力发电系统至关重要，其中核心部件变流器在风机能量转换中有着十分重要的地位，直接关系到机械能转换成电能的效率，变流器功率转换的直接控制输出信号为PWM(Pulse Width Modulation)信号，底层硬件生成PWM信号的控制准确度、稳定性对控制有着十分重要的作用。
现有PWM信号生成方法，以调用通用微处理器的PWM功能模块的方法来生成PWM信号为主，虽然其使用方便，配置的工作模式也多样化，但是其灵活性、可控制性等并不是很理想。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种PWM信号生成方法、单相PWM信号生成模块及三相PWM信号生成模块，能够提高控制的灵活性和准确性。
本发明实施例的一个方面提供一种PWM信号生成方法，用于控制上功率管和下功率管。所述方法包括：接收外部同步信号；基于所述外部同步信号，按照PWM信号生成的工作时钟周期输出同步信号；基于所述同步信号来生成三角波的半周期信号和三角波实时计数值；接收载波数据；基于所述工作时钟周期、所述上功率管和所述下功率管的死区时间及所述半周期信号来对所述载波数据进行处理，以得到处理后的载波数据；每个所述工作时钟周期，将所述处理后的载波数据与所述三角波实时计数值进行比较，以生成上功率管PWM信号和下功率管PWM信号；接收使能信号；以及基于所述使能信号来输出所述上功率管PWM信号和所述下功率管PWM信号。
本发明实施例的另一个方面还提供一种单相PWM信号生成模块，用于控制上功率管和下功率管。所述单相PWM信号生成模块包括同步控制器、三角波生成模块、载波处理模块、比较模块及使能控制模块。所述同步控制器用于接收外部同步信号，并按照PWM信号生成的工作时钟周期输出同步信号。所述三角波生成模块用于基于所述同步信号来生成三角波的半周期信号和三角波实时计数值。所述载波处理模块用于接收载波数据，并基于所述工作时钟周期、所述上功率管和所述下功率管的死区时间及所述半周期信号来对所述载波数据进行处理，以得到处理后的载波数据。所述比较模块用于每个所述工作时钟周期，将所述处理后的载波数据与所述三角波实时计数值进行比较，以生成上功率管PWM信号和下功率管PWM信号。所述使能控制模块用于接收使能信号，并基于所述使能信号来输出所述上功率管PWM信号和所述下功率管PWM信号。
本发明实施例的又一个方面还提供一种三相PWM信号生成模块，应用于风力发电机变流器，所述变流器包括A相上功率管和A相下功率管、B相上功率管和B相下功率管、及C相上功率管和C相下功率管。所述三相PWM信号生成模块包括A相PWM信号生成模块、B相PWM信号生成模块和C相PWM信号生成模块，所述A相PWM信号生成模块、所述B相PWM信号生成模块和所述C相PWM信号生成模块包括如上所述的单相PWM信号生成模块，其中，所述A相PWM信号生成模块、所述B相PWM信号生成模块和所述C相PWM信号生成模块用于接收三相所述载波数据、所述外部同步信号及所述使能信号，并分别输出A相所述上功率管PWM信号和A相所述下功率管PWM信号、B相所述上功率管PWM信号和B相所述下功率管PWM信号、及C相所述上功率管PWM信号和C相所述下功率管PWM信号。
本发明实施例的PWM信号生成方法、单相PWM信号生成模块及三相PWM信号生成模块能够产生变流器中对功率器件控制的PWM信号，使变流器功率转换的控制指令能够被更准确、更好地执行，控制灵活、准确、母线电压利用率高。
附图说明
图1为本发明一个实施例的单相PWM信号生成模块的示意性框图；
图2为本发明一个实施例的单相PWM信号生成模块生成的上功率管PWM信号和下功率管PWM信号的波形示意图；
图3为本发明一个实施例的单相PWM信号生成模块生成的上功率管PWM信号和下功率管PWM信号的波形细节图；
图4为本发明一个实施例的三相PWM信号生成模块的示意性框图；
图5为本发明一个实施例的PWM信号生成方法的流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本发明相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
在本发明实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非另作定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
图1揭示了本发明一个实施例的单相PWM信号生成模块10的示意性框图。本发明一个实施例的单相PWM信号生成模块10可以用来控制上功率管(未图示)和下功率管(未图示)，例如可以用来控制风力发电机变流器中的单个桥臂的上功率管和下功率管。本发明实施例的单相PWM信号生成模块10的时钟频率例如可以设置为50MHZ，但是，本发明实施例的单相PWM信号生成模块10的时钟频率并不局限于50MHZ，也可以采用其他的时钟频率。其中，时钟频率的选取只影响参数值，并不影响PWM信号的生成方法。
如图1所示，本发明一个实施例的单相PWM信号生成模块10包括同步控制器11、三角波生成模块12、载波处理模块13、比较模块14及使能控制模块15。同步控制器11可以用来接收外部同步信号，同步控制器11由外部同步信号进行同步，然后，按照设定的PWM信号生成的工作时钟周期循环计数并输出同步信号，每工作时钟周期开始输出一个同步信号。
三角波生成模块12可以用来基于同步控制器11输出的同步信号来生成三角波的半周期信号和三角波实时计数值。当同步信号上升沿到来时，三角波生成模块12中的计数器设置为1，然后开始每个工作时钟计数器加1，计数到工作时钟周期的周期值一半时，计数器开始向下减计数，直到为1停止减计数并等待同步信号开始下一周期计数。如果同步信号先于计数器减计数到1，则直接将计数器置1并开始下一周期计数。其中，计数器的上升计数记为前半周期，下降计数记为后半周期，并用高低电平来表示，例如低电平0表示前半周期，高电平1表示后半周期，从而输出三角波的半周期信号给载波处理模块13，同时实时输出三角波实时计数值即计数器值tb_ctr_reg给比较模块14。
载波处理模块13可以用来接收载波数据，并可以基于PWM信号的工作时钟周期、上功率管和下功率管的死区时间及三角波的半周期信号来对载波数据进行处理，从而可以得到处理后的载波数据。并且，处理后的载波数据输入到比较模块14中。
在一些实施例中，载波处理模块13可以包括载波数据调整模块131、死区加入模块132及载波数据更新模块133。载波数据调整模块131可以用来基于工作时钟周期及死区时间来对载波数据进行调整，以得到调整后的载波数据。死区加入模块132可以用来将死区时间加入到调整后的载波数据中，以得到死区加入后的载波数据。载波数据更新模块133可以基于半周期信号来更新死区加入后的载波数据，以得到更新后的载波数据。上述处理后的载波数据即为更新后的载波数据。
为了防止同一桥臂的上功率管和下功率管同时导通而形成短路，载波处理模块13可以对上功率管和下功率管的死区进行控制，载波处理模块13可以采用立即关、延时导通的控制策略来控制上功率管和下功率管的导通时间点。
具体地，以下将用MOD_PERIOD表示三角波的周期值，其中，三角波的半周期值为工作时钟周期的一半，用IGBT_DT表示死区时间，用sin_data_reg表示载波数据，用sin_data_reg1表示调整后的载波数据，用sin_data_calc_up表示前半周期上功率管值，用sin_data_calc_down表示前半周期下功率管值，用sin_data_calc_up_sec表示后半周期上功率管值，用sin_data_calc_down_sec表示后半周期下功率管值，在三角波的周期到来前计算完成如下的各个参数。
载波数据调整模块131可以将载波数据sin_data_reg分别与三角波的半周期值MOD_PERIOD/2和死区时间IGBT_DT之间的差值以及死区时间IGBT_DT进行比较，并基于载波数据sin_data_reg分别与差值和死区时间IGBT_DT的比较结果来对载波数据sin_data_reg进行调整。如果载波数据sin_data_reg大于三角波的半周期值MOD_PERIOD/2和死区时间IGBT_DT之间的差值，即sin_data_reg>(MOD_PERIOD/2-IGBT_DT)时，则将载波数据sin_data_reg重新赋值为该差值MOD_PERIOD/2-IGBT_DT，即sin_data_reg1＝(MOD_PERIOD/2-IGBT_DT)。如果载波数据sin_data_reg小于死区时间IGBT_DT，即sin_data_reg<IGBT_DT时，则将载波数据sin_data_reg重新赋值为死区时间IGBT_DT，即sin_data_reg1＝IGBT_DT。否则的话，则对载波数据sin_data_reg不做调整，即sin_data_reg1＝sin_data_reg。从而，可以用来保证上功率管和下功率管的死区正常。
死区加入模块132可以基于死区时间IGBT_DT和调整后的载波数据sin_data_reg1来计算上功率管和下功率管的边沿时间点，以得到死区加入后的载波数据。死区加入后的载波数据包括前半周期上功率管值sin_data_calc_up、前半周期下功率管值sin_data_calc_down、后半周期上功率管值sin_data_calc_up_sec和后半周期下功率管值sin_data_calc_down_sec。其中，前半周期上功率管值等于调整后的载波数据，即sin_data_calc_up＝sin_data_reg1；前半周期下功率管值等于调整后的载波数据加上死区时间，即sin_data_calc_down＝sin_data_reg1+IGBT_DT；后半周期上功率管值等于调整后的载波数据减去死区时间，即sin_data_calc_up_sec＝sin_data_reg 1-IGBT_DT；以及后半周期下功率管值等于调整后的载波数据，即sin_data_calc_down_sec＝sin_data_reg1。
用sin_data_calc_up_current表示上功率管比较寄存器当前值，用sin_data_calc_down_current表示下功率管比较寄存器当前值。载波数据更新模块133可以在三角波的半周期信号的电平切换位置，即在三角波的底部开始位置和顶部开始位置分别给定前半周期上功率管值、前半周期下功率管值、后半周期上功率管值和后半周期下功率管值，以得到更新后的载波数据。上、下功率管比较寄存器当前值给定，每工作时钟周期给定两次数据，分别在三角波的底部开始位置和三角波的顶部开始位置处分别给定前、后半周期上、下功率管值。
更新后的载波数据包括在半周期信号从第一电平切换到第二电平位置，例如从高电平1切换到低电平0时的上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current、以及在半周期信号从第二电平切换到第一电平位置时，例如从低电平0切换到高电平1时的上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current。
其中，在半周期信号从第一电平切换到第二电平位置时，例如从高电平1切换到低电平0时的上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current分别等于前半周期上功率管值sin_data_calc_up和前半周期下功率管值sin_data_calc_down，以及在半周期信号从第二电平切换到第一电平位置时，例如从低电平0切换到高电平1时的上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current分别等于后半周期上功率管值sin_data_calc_up_sec和后半周期下功率管值sin_data_calc_down_sec。也就是说，
在三角波的底部开始位置时，更新数据：
sin_data_calc_up_current＝sin_data_calc_up，
sin_data_calc_down_current＝sin_data_calc_down。
在三角波的顶部开始位置时，更新数据：
sin_data_calc_up_current＝sin_data_calc_up_sec，
sin_data_calc_down_current＝sin_data_calc_down_sec。
从而，可以得到在三角波的周期内的上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current，共计四个值。
每个工作时钟周期，比较模块14可以将处理后的载波数据与三角波实时计数值进行比较，以生成上功率管PWM信号和下功率管PWM信号。
具体地，每个工作时钟周期，比较模块14可以将上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current分别与三角波实时计数值tb_ctr_reg进行比较，并且，基于上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current分别与三角波实时计数值tb_ctr_reg的比较结果来生成上功率管PWM信号和下功率管PWM信号。例如，如果上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current小于三角波实时计数值tb_ctr_reg，则上功率管输出低电平；否则的话，上功率管输出高电平。如果下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current大于三角波实时计数值tb_ct r_reg，则下功率管输出低电平；否则的话，则下功率管输出高电平。
使能控制模块15可以用来接收使能信号，并基于接收到的该使能信号来使能上功率管PWM信号和下功率管PWM信号输出。使能控制模块15先判断使能信号是否为使能，当使能信号为使能后，在下一个工作时钟周期的起始点(三角波底部)，使能上功率管PWM信号和下功率管PWM信号输出。如果使能信号变为禁止，则立即禁止上功率管PWM信号和下功率管PWM信号输出。
如图2所示，图2揭示了本发明一个实施例的单相PWM信号生成模块10基于载波及生成的三角波而生成的上功率管PWM信号和下功率管PWM信号的波形示意图。图3揭示了本发明一个实施例的单相PWM信号生成模块10生成的上功率管PWM信号和下功率管PWM信号的波形细节图。图3显示生成的上功率管PWM信号和下功率管PWM信号的细节，从图3中可以看到上功率管和下功率管之间加死区的位置。
本发明实施例的单相PWM信号生成模块10可以基于FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)来实现。单相PWM信号生成模块10在FPGA中实现，对功率器件的保护将会非常快速，一旦故障出现，能在纳秒级实现故障保护，比原来的DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理)方案速度快。
本发明实施例的单相PWM信号生成模块10能够产生变流器中对功率器件控制的PWM信号，使变流器功率转换的控制指令能够被更准确、更好地执行，控制灵活、准确、母线电压利用率高。
本发明实施例还提供了一种三相PWM信号生成模块20。图4揭示了本发明一个实施例的三相PWM信号生成模块20的示意性框图。如图4所示，该三相PWM信号生成模块20包括同样功能的三个上面所述的单相PWM信号生成模块10，例如分别被称为A相PWM信号生成模块21、B相PWM信号生成模块22和C相PWM信号生成模块23。本发明实施例的三相PWM信号生成模块20可以应用于风力发电机变流器，来产生变流器所需的PWM控制波形。变流器(未图示)包括A相上功率管和A相下功率管、B相上功率管和B相下功率管、以及C相上功率管和C相下功率管。使用同一个外部同步信号、同一个使能信号，三相载波数据的三相分别输入到A相PWM信号生成模块21、B相PWM信号生成模块22和C相PWM信号生成模块23。A相PWM信号生成模块21、B相PWM信号生成模块22和C相PWM信号生成模块23可以接收三相载波数据、同一个外部同步信号及同一个使能信号，并分别输出A相上功率管PWM信号和A相下功率管PWM信号、B相上功率管PWM信号和B相下功率管PWM信号、及C相上功率管PWM信号和C相下功率管PWM信号，从而可以用来分别控制变流器的A相上功率管和A相下功率管、B相上功率管和B相下功率管、以及C相上功率管和C相下功率管。
本发明实施例的三相PWM信号生成模块20能够更加灵活地执行PWM控制指令，只需要输入同步信号、使能信号、三相载波数据，即可产生PWM信号输出。
图5揭示了本发明一个实施例的PWM信号生成方法的流程图。如图5所示，本发明一个实施例的PWM信号生成方法可以用来控制变流器中同一桥臂的上功率管和下功率管。本发明一个实施例的PWM信号生成方法可以包括步骤S11至S18。
在步骤S11中，接收外部同步信号。
在步骤S12中，基于步骤S11的外部同步信号，按照PWM信号生成的工作时钟周期输出同步信号。
在步骤S13中，基于步骤S12输出的同步信号来生成三角波的半周期信号和三角波实时计数值tb_ctr_reg。
在步骤S14中，接收载波数据sin_data_reg。
在步骤S15中，基于工作时钟周期、上功率管和下功率管的死区时间及步骤S13输出的半周期信号来对步骤S14中接收到的载波数据进行处理，以得到处理后的载波数据。
在步骤S16中，每个工作时钟周期，将步骤S15中处理后的载波数据与步骤S13中输出的三角波实时计数值tb_ctr_reg进行比较，以生成上功率管PWM信号和下功率管PWM信号。
在步骤S17中，接收使能信号。
在步骤S18中，基于步骤S17接收到的使能信号来使能步骤S16中的上功率管PWM信号和下功率管PWM信号输出。
其中，步骤S15的基于工作时钟周期、上功率管和下功率管的死区时间及半周期信号来对载波数据进行处理，以得到处理后的载波数据可以进一步包括：基于工作时钟周期及死区时间来对载波数据进行调整，以得到调整后的载波数据；将死区时间加入到调整后的载波数据中，以得到死区加入后的载波数据；及基于半周期信号来更新死区加入后的载波数据，以得到更新后的载波数据，上述处理后的载波数据包括更新后的载波数据。
在一些实施例中，基于工作时钟周期及死区时间来对载波数据进行调整，以得到调整后的载波数据具体可以包括：将载波数据sin_data_reg分别与三角波的半周期值MOD_PERIOD/2和死区时间IGBT_DT之间的差值以及死区时间IGBT_DT进行比较，其中，三角波的半周期值MOD_PERIOD/2为工作时钟周期的一半；及基于载波数据sin_data_reg分别与差值(MOD_PERIOD/2-IGBT_DT)和死区时间IGBT_DT的比较结果来对载波数据进行调整。在载波数据sin_data_reg大于三角波的半周期值MOD_PERIOD/2和死区时间IGBT_DT之间的差值，即sin_data_reg>(MOD_PERIOD/2-IGBT_DT)时，则将载波数据sin_data_reg重新赋值为该差值MOD_PERIOD/2-IGBT_DT，即sin_data_reg1＝(MOD_PERIOD/2-IGBT_DT)；在载波数据sin_data_reg小于死区时间IGBT_DT时，则将载波数据sin_data_reg重新赋值为死区时间IGBT_DT，即sin_data_reg1＝IGBT_DT；否则的话，则对载波数据sin_data_reg不做调整，即sin_data_reg1＝sin_data_reg。
将死区时间加入到调整后的载波数据中，以得到死区加入后的载波数据具体可以包括：基于死区时间IGBT_DT和调整后的载波数据sin_data_reg1来计算上功率管和下功率管的边沿时间点，以得到死区加入后的载波数据。死区加入后的载波数据包括前半周期上功率管值sin_data_calc_up、前半周期下功率管值sin_data_calc_down、后半周期上功率管值sin_data_calc_up_sec和后半周期下功率管值sin_data_calc_down_sec。前半周期上功率管值等于调整后的载波数据，即sin_data_calc_up＝sin_data_reg1；前半周期下功率管值等于调整后的载波数据加上死区时间，即sin_data_calc_down＝sin_data_reg1+IGBT_DT；后半周期上功率管值等于调整后的载波数据减去死区时间，即sin_data_calc_up_sec＝sin_data_reg 1-IGBT_DT；以及后半周期下功率管值等于调整后的载波数据，即sin_data_calc_down_sec＝sin_data_reg1。
基于半周期信号来更新死区加入后的载波数据，以得到更新后的载波数据具体可以包括：在半周期信号的电平切换位置分别给定前半周期上功率管值、前半周期下功率管值、后半周期上功率管值和后半周期下功率管值，以得到更新后的载波数据。更新后的载波数据包括在半周期信号从第一电平切换到第二电平位置时的上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current、以及在半周期信号从第二电平切换到第一电平位置时的上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current。其中，在半周期信号从第一电平切换到第二电平位置时的上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current分别等于前半周期上功率管值sin_data_calc_up和前半周期下功率管值sin_data_calc_down，以及在半周期信号从第二电平切换到第一电平位置时的上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current分别等于后半周期上功率管值sin_data_calc_up_sec和后半周期下功率管值sin_data_calc_down_sec。
步骤S16中的每个工作时钟周期，将处理后的载波数据与三角波实时计数值进行比较，以生成上功率管PWM信号和下功率管PWM信号可以进一步包括：每个工作时钟周期，将上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current分别与三角波实时计数值tb_ctr_reg进行比较；及基于上功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_up_current和下功率管比较寄存器当前值sin_data_calc_down_current分别与三角波实时计数值tb_ctr_reg的比较结果来生成上功率管PWM信号和下功率管PWM信号。
在一些实施例中，载波数据可以包括三相载波数据，上功率管PWM信号包括三相上功率管PWM信号，及下功率管PWM信号包括三相下功率管PWM信号。从而，本发明实施例的PWM信号生成方法可以应用于风力发电机变流器，可以生成风力发电机变流器所用的PWM控制信号。
在一些实施例中，本发明实施例的PWM信号生成方法可以基于FPGA来实现。
本发明实施例提供了一种基于FPGA的风力发电机变流器用PWM信号生成方法，能够更加灵活地执行PWM控制指令，只需要输入同步信号、使能信号、三相载波数据，即可完成PWM信号生成并输出，从而能够很好地控制变流器功率管IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)的工作。
本发明实施例的PWM信号生成方法可以用来产生变流器中对功率器件控制的PWM信号，使变流器功率转换的控制指令能够被更准确、更好地执行，控制灵活、准确、母线电压利用率高。
在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施例中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
以上对本发明实施例所提供的PWM信号生成方法、单相PWM信号生成模块及三相PWM信号生成模块进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明实施例的PWM信号生成方法、单相PWM信号生成模块及三相PWM信号生成模块进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，并不用以限制本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也均应落入本发明所附权利要求书的保护范围内。
Claims (17)
1.一种PWM信号生成方法，用于控制上功率管和下功率管，其特征在于：所述方法包括：
接收外部同步信号；
基于所述外部同步信号，按照PWM信号生成的工作时钟周期输出同步信号；
基于所述同步信号来生成三角波的半周期信号和三角波实时计数值；
接收载波数据；
基于所述工作时钟周期、所述上功率管和所述下功率管的死区时间及所述半周期信号来对所述载波数据进行处理，以得到处理后的载波数据；
每个所述工作时钟周期，将所述处理后的载波数据与所述三角波实时计数值进行比较，以生成上功率管PWM信号和下功率管PWM信号；
接收使能信号；以及
基于所述使能信号来输出所述上功率管PWM信号和所述下功率管PWM信号。
2.如权利要求1所述的生成方法，其特征在于：所述基于所述工作时钟周期、所述上功率管和所述下功率管的死区时间及所述半周期信号来对所述载波数据进行处理，以得到处理后的载波数据包括：
基于所述工作时钟周期及所述死区时间来对所述载波数据进行调整，以得到调整后的载波数据；
将所述死区时间加入到所述调整后的载波数据中，以得到死区加入后的载波数据；及
基于所述半周期信号来更新所述死区加入后的载波数据，以得到更新后的载波数据，所述处理后的载波数据包括所述更新后的载波数据。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述基于所述工作时钟周期及所述死区时间来对所述载波数据进行调整，以得到调整后的载波数据包括：
将所述载波数据分别与三角波的半周期值和所述死区时间之间的差值以及所述死区时间进行比较，其中，所述三角波的半周期值为所述工作时钟周期的一半；及
基于所述载波数据分别与所述差值和所述死区时间的比较结果来对所述载波数据进行调整。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述基于所述载波数据分别与所述差值和所述死区时间的比较结果来对所述载波数据进行调整包括：
在所述载波数据大于所述三角波的半周期值和所述死区时间之间的所述差值时，则将所述载波数据重新赋值为所述差值；
在所述载波数据小于所述死区时间时，则将所述载波数据重新赋值为所述死区时间；及
否则的话，则对所述载波数据不做调整。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述将所述死区时间加入到所述调整后的载波数据中，以得到死区加入后的载波数据包括：
基于所述死区时间和所述调整后的载波数据来计算所述上功率管和所述下功率管的边沿时间点，以分别得到前半周期上功率管值、前半周期下功率管值、后半周期上功率管值和后半周期下功率管值，所述死区加入后的载波数据包括所述前半周期上功率管值、所述前半周期下功率管值、所述后半周期上功率管值和所述后半周期下功率管值，
其中，所述前半周期上功率管值等于所述调整后的载波数据，所述前半周期下功率管值等于所述调整后的载波数据加上所述死区时间，所述后半周期上功率管值等于所述调整后的载波数据减去所述死区时间，及所述后半周期下功率管值等于所述调整后的载波数据。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述基于所述半周期信号来更新所述死区加入后的载波数据，以得到更新后的载波数据包括：
在所述半周期信号的电平切换位置分别给定所述前半周期上功率管值、所述前半周期下功率管值、所述后半周期上功率管值和所述后半周期下功率管值，以分别得到在所述半周期信号从第一电平切换到第二电平位置时的上功率管比较寄存器当前值和下功率管比较寄存器当前值、以及在所述半周期信号从第二电平切换到第一电平位置时的上功率管比较寄存器当前值和下功率管比较寄存器当前值，所述更新后的载波数据包括在所述半周期信号从第一电平切换到第二电平位置时的上功率管比较寄存器当前值和下功率管比较寄存器当前值、以及在所述半周期信号从第二电平切换到第一电平位置时的上功率管比较寄存器当前值和下功率管比较寄存器当前值，
其中，在所述半周期信号从第一电平切换到第二电平位置时的所述上功率管比较寄存器当前值和所述下功率管比较寄存器当前值分别等于所述前半周期上功率管值和所述前半周期下功率管值，及在所述半周期信号从第二电平切换到第一电平位置时的上功率管比较寄存器当前值和下功率管比较寄存器当前值分别等于所述后半周期上功率管值和所述后半周期下功率管值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述每个所述工作时钟周期，将所述处理后的载波数据与所述三角波实时计数值进行比较，以生成上功率管PWM信号和下功率管PWM信号包括：
每个所述工作时钟周期，将所述上功率管比较寄存器当前值和所述下功率管比较寄存器当前值分别与所述三角波实时计数值进行比较；及
基于所述上功率管比较寄存器当前值和所述下功率管比较寄存器当前值分别与所述三角波实时计数值的比较结果来生成所述上功率管PWM信号和所述下功率管PWM信号。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法应用于风力发电机变流器，所述载波数据包括三相载波数据，所述上功率管PWM信号包括三相上功率管PWM信号，及所述下功率管PWM信号包括三相下功率管PWM信号。
9.一种单相PWM信号生成模块，用于控制上功率管和下功率管，其特征在于：所述模块包括：
同步控制器，其用于接收外部同步信号，并按照PWM信号生成的工作时钟周期输出同步信号；
三角波生成模块，其用于基于所述同步信号来生成三角波的半周期信号和三角波实时计数值；
载波处理模块，其用于接收载波数据，并基于所述工作时钟周期、所述上功率管和所述下功率管的死区时间及所述半周期信号来对所述载波数据进行处理，以得到处理后的载波数据；
比较模块，其用于每个所述工作时钟周期，将所述处理后的载波数据与所述三角波实时计数值进行比较，以生成上功率管PWM信号和下功率管PWM信号；以及
使能控制模块，其用于接收使能信号，并基于所述使能信号来输出所述上功率管PWM信号和所述下功率管PWM信号。
10.如权利要求9所述的单相PWM信号生成模块，其特征在于：所述载波处理模块包括：
载波数据调整模块，其用于基于所述工作时钟周期及所述死区时间来对所述载波数据进行调整，以得到调整后的载波数据；
死区加入模块，其用于将所述死区时间加入到所述调整后的载波数据中，以得到死区加入后的载波数据；及
载波数据更新模块，其用于基于所述半周期信号来更新所述死区加入后的载波数据，以得到更新后的载波数据，所述处理后的载波数据包括所述更新后的载波数据。
11.如权利要求10所述的单相PWM信号生成模块，其特征在于：所述载波数据调整模块被配置为：
将所述载波数据分别与三角波的半周期值和所述死区时间之间的差值以及所述死区时间进行比较，其中，所述三角波的半周期值为所述工作时钟周期的一半；及
基于所述载波数据分别与所述差值和所述死区时间的比较结果来对所述载波数据进行调整。
12.如权利要求11所述的单相PWM信号生成模块，其特征在于：在所述载波数据大于所述三角波的半周期值和所述死区时间之间的所述差值时，则将所述载波数据重新赋值为所述差值；在所述载波数据小于所述死区时间时，则将所述载波数据重新赋值为所述死区时间；否则的话，则对所述载波数据不做调整。
13.如权利要求10所述的单相PWM信号生成模块，其特征在于：所述死区加入模块被配置为：
基于所述死区时间和所述调整后的载波数据来计算所述上功率管和所述下功率管的边沿时间点，以分别得到前半周期上功率管值、前半周期下功率管值、后半周期上功率管值和后半周期下功率管值，所述死区加入后的载波数据包括所述前半周期上功率管值、所述前半周期下功率管值、所述后半周期上功率管值和所述后半周期下功率管值，
其中，所述前半周期上功率管值等于所述调整后的载波数据，所述前半周期下功率管值等于所述调整后的载波数据加上所述死区时间，所述后半周期上功率管值等于所述调整后的载波数据减去所述死区时间，及所述后半周期下功率管值等于所述调整后的载波数据。
14.如权利要求13所述的单相PWM信号生成模块，其特征在于：所述载波数据更新模块被配置为：
在所述半周期信号的电平切换位置分别给定所述前半周期上功率管值、所述前半周期下功率管值、所述后半周期上功率管值和所述后半周期下功率管值，以分别得到在所述半周期信号从第一电平切换到第二电平位置时的上功率管比较寄存器当前值和下功率管比较寄存器当前值、以及在所述半周期信号从第二电平切换到第一电平位置时的上功率管比较寄存器当前值和下功率管比较寄存器当前值，所述更新后的载波数据包括在所述半周期信号从第一电平切换到第二电平位置时的上功率管比较寄存器当前值和下功率管比较寄存器当前值、以及在所述半周期信号从第二电平切换到第一电平位置时的上功率管比较寄存器当前值和下功率管比较寄存器当前值，
其中，在所述半周期信号从第一电平切换到第二电平位置时的所述上功率管比较寄存器当前值和所述下功率管比较寄存器当前值分别等于所述前半周期上功率管值和所述前半周期下功率管值，及在所述半周期信号从第二电平切换到第一电平位置时的上功率管比较寄存器当前值和下功率管比较寄存器当前值分别等于所述后半周期上功率管值和所述后半周期下功率管值。
15.如权利要求14所述的单相PWM信号生成模块，其特征在于：所述比较模块被配置为：
每个所述工作时钟周期，将所述上功率管比较寄存器当前值和所述下功率管比较寄存器当前值分别与所述三角波实时计数值进行比较；及
基于所述上功率管比较寄存器当前值和所述下功率管比较寄存器当前值分别与所述三角波实时计数值的比较结果来生成所述上功率管PWM信号和所述下功率管PWM信号。
16.如权利要求9至15中任一项所述的单相PWM信号生成模块，其特征在于：所述单相PWM信号生成模块基于FPGA实现。
17.一种三相PWM信号生成模块，应用于风力发电机变流器，所述变流器包括A相上功率管和A相下功率管、B相上功率管和B相下功率管、及C相上功率管和C相下功率管，其特征在于：所述三相PWM信号生成模块包括A相PWM信号生成模块、B相PWM信号生成模块和C相PWM信号生成模块，所述A相PWM信号生成模块、所述B相PWM信号生成模块和所述C相PWM信号生成模块包括如权利要求9至16中任一项所述的单相PWM信号生成模块，其中，所述A相PWM信号生成模块、所述B相PWM信号生成模块和所述C相PWM信号生成模块用于接收三相所述载波数据、所述外部同步信号及所述使能信号，并分别输出A相所述上功率管PWM信号和A相所述下功率管PWM信号、B相所述上功率管PWM信号和B相所述下功率管PWM信号、及C相所述上功率管PWM信号和C相所述下功率管PWM信号。
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