[发明专利]多倍频均匀化载波斜率随机分布脉宽调制方法

说明书

本发明公开了一种多倍频均匀化载波斜率随机分布脉宽调制方法，用多倍频均匀化载波斜率随机分布脉宽调制方法使以各倍次载频为中心、对称分布谐波的等效带宽增加，实现扩大谐波在频域内均匀分布，包括：(1)选择需要的随机载波序列和调制波，二者进行比较后产生用于脉宽调制的开关器件驱动信号；(2)确定随机载波序列的等效载波频率f的倍数n，选择主电路拓扑；(3)步骤(1)中产生的开关器件驱动信号输入至步骤(2)中的主电路拓扑，进行多倍频均匀化载波斜率随机分布脉宽调制。本发明可在不改变随机载波序列均值和方差的前提下，极大地提高谐波的频域分布带宽，实现载波及其倍频附近的多个谐波峰值在更广的频域内均匀分布。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体地指一种多倍频均匀化载波斜率随机分布脉宽调制方法。

背景技术

在电力电子技术中，开关频率固定的脉宽调制技术已经被广泛应用，但其输出谐波在开关频率及其倍频附近存在大量峰值，这些谐波是产生噪声和机械振动的主要原因。

研究人员常通过增设滤波器和减振降噪设备达到抑制电磁干扰、减振降噪的目的。这些方法的缺点明显，比如有源滤波器的成本高，谐波检测和补偿复杂；无源滤波器动态响应速度慢，对快速变化过程的滤波效果不佳；附加的滤波减振装置占用大量空间、增加设备的整体重量，对于空间和载重有限的诸多设备而言，这些方法并不是理想的解决之道。

上世纪九十年代，A.M.Trzynadlowski通过控制开关器件的通断改变占空比，提出了随机脉宽调制技术。在A.M.Trzynadlowski及其所在团队的研究中，认为只要随机载波序列的个数足够多、随机数序列之间的随机程度足够高，突出的谐波谐波峰值就会分散至其他频点，理想情况下谐波谱线可趋近于白噪声。随机脉宽调制技术能够使谐波在更广的频域内均匀分布，是改善输出电压谐波性能的有效手段。

在A.M.Trzynadlowski所提出的的模型础上，国内外研究人员通过改变“开关频率表和/或到同位置”，提出了许多随机脉宽调制策略。典型的研究包括海军工程大学吴正国、马丰民、李玉梅等人对随机载波序列所服从的分布规律与输出电压谐波频域分布之间的关系进行了对比分析，得出随机分布类型对谐波频域分布影响不大的结论。同时他们也通过实验对随机载波频率的上下线取值开展了研究，得到了随机载波变化范围在调制波频率的四到五倍之间变化的输出电压谐波频谱变化规律。中国地质大学王庆义在固定开关频率的基础上随机化零矢量作用时间，使得固定开关频率处的谐波峰值趋向均匀化。

总体而言，现有随机脉宽调制技术仍以A.M.Trzynadlowski所提出的模型为基础选择不同的“随机函数”以获得频域分布更为均匀的谐波，但无论如何改变随机调制策略，都难以削减一倍载频附近突出的最大单次谐波风致，也无法改变一倍载频附近谐波谱线最为密集、幅值更为突出的现状。

发明内容

本发明的目的是针对随机脉宽调制技术的输出谐波在低倍次载频附近存在突出的最大单次谐波频谱幅值、谐波谱线分布密集的问题，而提出的一种多倍频均匀化载波斜率随机分布脉宽调制方法；这一方法将载波移相脉宽调制中“等效载波倍频”的原理与载波斜率随机分布脉宽调制技术相结合，可在不改变随机载波序列均值和方差的前提下，极大地提高谐波的频域分布带宽，实现载波及其倍频附近的多个谐波峰值在更广的频域内均匀分布。

为实现上述目的，本发明所设计的一种多倍频均匀化载波斜率随机分布脉宽调制方法，其特殊之处在于，用多倍频均匀化载波斜率随机分布脉宽调制方法使以各倍次载频为中心、对称分布谐波的等效带宽增加，实现扩大谐波在频域内均匀分布，具体步骤包括：

(1)选择需要的随机载波序列和调制波，二者进行比较后产生用于脉宽调制的开关器件驱动信号；

(2)确定所述随机载波序列的等效载波频率f的倍数n，选择与之匹配的载波移相脉宽调制的主电路拓扑；