[发明专利]一种正弦脉宽调制控制电路

说明书

本发明涉及恒频恒压输出的直流-交流变换器控制技术。

在恒频恒压输出的直流-交流变换器中，广泛采用正弦脉宽调制控制技术，以抑制变换器输出电压中低次谐波含量，减小滤波器尺寸，改善变换器动态响应性能，并实现变换器的小型化，轻量化和变换高效率。

如图1-（a）所示，U_△是三角波载波信号，其频率决定变换器中开关功率元件的工作频率。U_S是正弦波调制信号，其频率决定变换器输出交流电压的频率。控制变换器中开关功率元件在正弦波调制信号U_S与三角波载波信号U_△相交点改变工作状态，因而可得到图1-（b）所示变换器输出电压波形Uo。由图可见，输出电压脉冲幅度恒定（等于变换器输入直流电压），而脉冲宽度τ随时间按正弦规律变化。该输出电压充分接近正弦波，便于通过交流滤波器滤波。改变正弦波调制信号U_g幅度U_gm，即可改变输出电压脉冲宽度τ，从而实现变换器输出交流电压值的调整。

已有技术（一）是利用模拟电路方法构成正弦脉宽调制控制电路。如图2所示，电路包括：石英晶体振荡器1，计数器2、3，正弦波调制信号发生器4，三角波载波信号发生器5，正弦波调制信号幅度控制器6和比较器7。电路结构复杂，稳定性较差，抗外部干扰能力弱。

已有技术（二是）利用数字电路方法构成正弦脉宽调制控制电路。如图3所示，电路包括：石英晶体振荡器1，计数器2、3，正弦波调制信号存储器（EPROM）8，三角波载波信号存储器（EPROM）9，数-模变换器10、11，正弦波调制信号幅度控制器6和比较器7。由于该电路以数字方式工作为主，运行稳定性较高，抗外部干扰能力较强。但电路结构更加复杂，适应性差。

根据前述已有技术，其电路中均包含正弦波调制信号和三角波载波信号发生环节（已有技术（二）中尚包含二个数-模变换器单元）及正弦波调制信号幅度控制环节。上述三个环节是导致电路结构复杂和电路运行稳定性下降的主要原因。

本发明的任务是设计一种恒频恒压输出的直流-交流变换器用数字化正弦脉宽调制（SPWM）控制电路，该电路中不包含正弦波调制信号和三角波载波信号发生环节及正弦波调制信号的幅度调节环节，从而提高电路的运行稳定性和抗外部干扰能力。

参照附图说明本发明方案及具体的实施方式：

图1是正弦脉宽调制控制原理解释图;

图2是正弦脉宽调制控制电路已有技术（一）方框图;

图3是正弦脉宽调制控制电路已有技术（二）方框图;

图4是本发明设计思路解释图;

图5是本发明的方框图;

图6是本发明的电气原理图;

图7是本发明在恒频恒压电源系统实施说明图。

本发明的设计思路是由于正弦波调制信号正负半周具有对称性质，负半周控制信号可以用正半周相同方法得到，因此正弦波调制信号Ug正负半周取相同信号，变成图4-（a）所示波形。为了实现变换器的恒频恒压输出，正弦波调制信号Ug的幅度Ugm须在一定范围内可调。假设正弦波调制信号幅度Ugm所确定的调节范围为△Ugm，则对该范围内的每一正弦波调制信号Ug，经与三角波载波信号U_△相交，可得到一组控制变换器中开关功率元件工作状态发生改变的点a1、a2、…an。这些点可以在图4-（b）中直流反馈控制信号Urb等于调制比m（m定义为正弦波调制信号Ug与三角波载波信号U_△的幅度之比）值上得到对应点。对于图4-（a）中调节范围△Ugm内各正弦波调制信号Ug与三角波载波信号U_△相交，求出图4-（b）所有对应点。即得到一组代表正弦脉宽调制控制的曲线U_A，如图4-（b）所示。这样，直流反馈控制信号Urb与曲线U_A相交得到的变换器开关功率元件工作状态改变点即与m＝Urb的条件下，正弦波调制信号Ug与三角波载波信号U_△相交得到的点相同。如图4-（c）中波形Uol所示。而图4（b）中直流反馈控制信号Urb在调制比范围△m范围内变化所实现的功能也与图4-（a）中正弦波调制信号Ug在调节范围△gm内变化所实现的功能一致。因此，根据本发明的设计思路，只要在电路上形成曲线U_A，即可方便地实现正弦脉宽调制控制。