[发明专利]逆变器开关信号变频调制方法及OPWM逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及一种地球物理探测中的电法探测仪器，特别涉及一种适用于时间域电磁发射电路的逆变器开关信号变频调制方法及OPWM逆变器。

背景技术

传统PWM逆变器的开关信号由固定频率的三角载波和调制波比较产生，即逆变器以固定载波频率工作，应用到发射机后，导致发射机输出电流中含有大幅度谐波的现象，不仅会引起电磁干扰，而且增大了桥路功率器件的开关损耗，与理想输出电流信号有一定差距。此外，电流中一些幅度较大的中频谐波成分，容易引起机械共振，使系统稳定性降低。这些谐波及谐波引起的电磁噪声主要分布在开关频率及其倍频处。

通常采用的解决办法是提高开关频率，随着开关频率的提高，谐波电流的频率也提高，幅度相应地减小。但是，这种方法会带来较大的开关损耗，在大功率环境下并不适用，且受到功率器件开关频率的限制。另一种解决方法是在逆变器输出端使用滤波器，该方法可以降低机械振动，但抑制电磁干扰的效果不理想，且效率低、成本高、安装体积大。

研究表明，载波频率调制技术(CFM)是抑制电磁干扰的最佳方案。基于传统固定载波频率的PWM逆变器，载波频率调制技术在开关频率及其倍频处抑制输出谐波、降低电磁噪声。目前，载波频率调制技术主要有随机调制技术、混沌调制技术、周期性调制技术。

随机调制技术(RPWM)，随机信号调制PWM脉冲的频率、位置、占空比随机变化，使单次谐波的能量传播到其边带，降低谐波峰值。实际中，得到理想的随机信号是非常困难的，通常用有限长度的伪随机序列代替理想的随机信号。由于混沌系统的内在随机性，用混沌信号代替随机信号实现载波频率调制，这就是所谓的混沌调制技术。无论是随机调制方案还是混沌调制方案，均可简单实现，是独立的PWM控制策略，但它需要一个微控制器的功率变换器产生一个合适的概率密度函数，同时缺乏THD参数控制。

周期性调制技术，PWM载波频率由周期信号调制。以往的周期性调制研究中，主要集中在正弦信号和正弦信号最大频率偏差对谐波的抑制效果。虽然其中一些涉及用其他周期信号调制载波频率，但对周期性信号波形和最大频率偏差的研究仍不是很全面。与随机调制相比，周期调制的缺点是离散的谱分布。当周期信号的频率越高，频谱的能量会集中离散谱线下，同时，使用不同的周期信号会得到不同的抑制效果。载波频率双重调制技术(MCFT)就是应用这个理论，利用三角波和锯齿波合成一个新的调制信号，对三角载波频率进行双重调制。周期信号V_m1(t)对载波进行基本调制，调制后谐波的局部峰值能量经V_m2(t)再次调制得以改进。这意味着恰当设计CFM的等效合成信号可能得到较好的谐波抑制效果。但其研究主要集中在合成信号的组成成分及合成信号最大频率偏差对谐波峰值抑制效果，并没有给出如何根据需求的频谱分布定量设计最大频率偏差以及如何选择两种周期信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于输出电流信号规律变频PWM调制技术(Out Frequency Pulse Width Modulation，以下简称OPWM)的逆变器开关信号变频调制方法及实现该方法的OPWM逆变器，该方法从频谱角度考虑，根据需求的谱分布定量设计功率器件开关频率、减少逆变器输出的电流谐波、改善输出电流THD，使逆变器输出电流信号更接近于发射机理想发射信号。

为了解决上述技术问题，本发明的逆变器开关信号变频调制方法包括如下步骤：

(1)设置首次定时中断时间t₀；采集逆变器负载电流信号，将此电流信号i_RL(t)进行归一化处理后，作为调制变频三角载波瞬时频率值的调制信号V_m(t)；

(2)在中断周期内，根据调制信号V_m(t)及公式(1)计算得到变频三角载波在每一个频率值处的峰值TBPRD，据此产生变频三角载波；根据模拟调制波U(t)及公式(2)计算得到数字调制波在变频三角载波每一个频率值处的对应瞬时值CMPA，据此产生数字调制波；根据公式(3)、(4)和(5)对变频三角载波经过的时间进行累加得到变频三角载波时间累加值T_i⁺，用于计算下一次进入中断周期时刻处的变频三角载波峰值TBPRD和数字调制波瞬时值CMPA；