一种产生多路SPWM信号及数字芯片的制作方法 |
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| 申请号 | CN201710351309.9 | 申请日 | 2017-05-18 | 公开(公告)号 | CN107124164A | 公开(公告)日 | 2017-09-01 |
| 申请人 | 刘程秀; | 发明人 | 刘程秀; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种产生多路SPWM 信号 及数字芯片的方法，该方法包括以下步骤：步骤1产生T时刻的应用三 角 载波、参考三角载波和多路正弦信号值；步骤2通过比较产生多路SPWM信号；步骤3循环步骤。所述的数字芯片包括 控制器 接口 模 块 、三角波产生模块、正弦调制波产生模块、比较模块、输出模块和分频模块；本发明易于实施，节省 硬件 资源，触发时间误差小。采用本发明，能使控制 电路 减少一颗CPU、简化控制系统软硬件复杂性；提高载波 频率 ，充分发挥功率 开关 器件潜能，提高SPWM信号触发时间 精度 ，减少低次谐波，提高 变频器 性能；解决CPU 定时器 、管脚等硬件资源不足问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种产生多路SPWM信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，产生T时刻的应用三角载波、参考三角载波和多路正弦信号值产生应用三角载波采用加法和减法运算产生基于幅度调值的应用三角载波，应用三角载波用于与多路正弦波进行比较，是多路SPWM信号共享的应用三角载波，该应用三角载波Uc(T)在第一个周期内的表达式为其中T为采样时间，Tc为载波周期，M为幅值调制度；产生参考三角载波采用加法和减法运算产生幅度恒定的参考三角载波，参考三角载波用于判断前后半个周期的分界点，参考三角载波的载波周期为Tc，最大值为Tmax；计算多路正弦信号值预先分别设置多路正弦信号的初相角值Phi(I)，I为正弦信号的编号，计算Wt+Phi(I)，其中W为正弦信号即正弦调制波的角频率；根据Wt+Phi(I)查正弦表得到各路正弦信号值Sin(Wt+Phi(I))；步骤2通过比较产生多路SPWM信号将应用三角载波Uc(T)在T时刻对应的值与各路正弦信号值Sin(Wt+Phi(I))分别进行比较，如果Uc(T)大于Sin(Wt+Phi(I))，则输出高电平，否则输出低电平，得到多路SPWM信号在T时刻的状态；步骤3循环步骤更新采样时刻T＝T+1，返回步骤1；最终获得多路SPWM信号的实时输出；所述的SPWM信号为 48路；所述的产生多路SPWM信号的方法，其特征在于，在每一个采样 周期中，基于时分复用方式和流水线方式完成Sin (Wt+Phi (I))的计算以及Uc (T)和 Sin (Wt+Phi)的比较操作。 |
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| 说明书全文 | 一种产生多路SPWM信号及数字芯片的制作方法技术领域背景技术[0002] SPWM(正弦脉宽调制，Sinusoidal Pulse Width Modulation)信号是一种通过比较正弦调制波与三角载波的大小而产生的数字信号，当正弦调制波大于三角载波时SPWM 信号为高电平，反之则为低电平。功率单元级联型高压变频器、逆变器(以下统称为变频器)由多个功率单元组成，需要多路(可多达48路)SPWM信号。常规的产生多路SPWM信号的方法是每一路SPWM信号的三角载波幅值相同、但时间移位，正弦调制波的幅值和相位根据变频器的输出电压幅值和频率而实时变化。市场现有的SPWM数字芯片只能产生6路SPWM信号供一个三相逆变桥单元使用，不能满足高压变频器的需要，而这些芯片所使用的方法也不能直接用于多路SPWM信号产生芯片，因为这类方法需要占用大量的硬件资源，一般规模的芯片满足不了要求。现有产生多通道SPWM信号的方法是通过CPU用软件方法近似计算得到各路SPWM 信号的触发时间，用FPGA作为硬件定时器产生触发信号。这种方式存在两个主要缺点；其一，触发时间的精确计算需要求解超越方程，占用大量CPU时间，不能满足实时性要求，通常只能使用近似计算方法、降低载波频率以减小计算量，即便如此，常需要一个单独的CPU专门用于触发时间的计算。降低载波频率使开关器件不能充分发挥其潜能，加上触发时间的计算误差和传送到FPGA所引起的时间误差较大，导致变频器输出的电压低次谐波增大，需要用大的滤波器件才能滤除这些低次谐波，导致变频器体积增大，性能降低。其二，由于触发时间的计算需要占用CPU大量的时间，致使变频器控制系统不得不采用双CPU结构，用其中一个CPU专门负责SPWM信号触发时间的计算，导致系统软硬件结构非常复杂，维护困难。 发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种产生多路SPWM信号的方法和数字芯片，本发明易于实施，节省硬件资源，触发时间误差小。 [0004] 本发明的技术解决方案如下一种产生多路SPWM信号的方法，包括以下步骤：步骤1 ，产生T时刻的应用三角载波、参考三角载波和多路正弦信号值产生应用三角载波采用加法和减法运算产生基于幅度调值的应用三角载波，应用三角载波用于与多路正弦波进行比较，是多路SPWM信号共享的应用三角载波，该应用三角载波U。(T)在第一个周期内的表达式为其中T为采样时间，Tc为载波周期，M为幅值调制度；产生参考三角载波采用加法和减法运算产生幅度恒定的参考三角载波，参考三角载波用于判断前后半个周期的分界点，参考三角载波的载波周期为Tc，最大值为Tmax；计算多路正弦信号值预先分别设置多路正弦信号的初相角值Phi(I)，I为正弦信号的编号，计算Wt+Phi(I)，其中W为正弦信号即正弦调制波的角频率；根据Wt+Phi(I)查正弦表得到各路正弦信号值Sin(Wt+Phi(I))；步骤2，通过比较产生多路SPWM信号将应用三角载波Uc(T)在T时刻对应的值与各路正弦信号值Sin(Wt+Phi(I))分别进行比较，如果Uc(T)大于Sin(Wt+Phi(I))，则输出高电平，否则输出低电平，得到多路SPWM信号在T时刻的状态；步骤3循环步骤更新采样时刻T＝T+1，返回步骤1；最终获得多路SPWM信号的实时输出，可以产生SPWM信号为 48路。在每一个采样周期中，基于时分复用方式和流水线方式完成Sin (Wt+Phi (I))的计算以及Uc (T)和 Sin (Wt+Phi)的比较操作。采样周其月为 Lus, Tmax 为 Tc/2。 [0005] 数字芯片的制作方法。本发明利用产生多路SPWM信号方法制作数字芯片，包括控制器接口模块、三角波产生模块、正弦调制波产生模块、比较模块、输出模块和分频模块。控制器接口模块与CPU通信连接，控制器接口模块中，载波周期寄存器TcReg和调制度寄存器MdReg与三角波产生模块连接；调制波周期寄存器TrReg和多个SPWM调制波相位寄存器PhiReg与正弦调制波产生模块连接；三角波产生模块用于产生应用三角载波和参考三角载波；正弦调制波产生模块用于计算多路正弦波的输出值；三角波产生模块的应用三角载波输出端和正弦调制波产生模块的多路正弦波输出端均与比较模块的输入端相接；比较模块用于将应用三角载波值分别与多路正弦波的输出值进行比较；(T-Tc/2), Tc/2 [0006] 正弦调制波产生模块的内部结构为Wt产生单元的输入端接分频后的Elk信号和载波周期寄存器TcReg，加法器的一个输入端接Wt产生单元的输出端，加法器的另一个输入端接第I个SPWM调制波相位寄存器PhiReg，加法器的输出端接正弦表RAM，正弦表RAM输出正弦值；正弦表RAM 采用FPGA内部的嵌入式RAM单元。产生多路SPWM信号的数字芯片，其特征在于，SPWM调制波相位寄存器PhiReg为48个，所述的CPU为DSP。实施例 [0007] 例1，一种产生多路Spwm信号的方法和数字芯片的制作方法。（1）一种产生多路SPWM信号的方法，包括以下步骤：步骤1，产生T时刻的应用三角载波、参考三角载波和多路正弦信号值产生应用三角载波采用加法和减法运算产生基于幅度调值的应用三角载波，应用三角载波用于与多路正弦波进行比较，是多路SPWM信号共享的应用三角载波，该应用三角载波Uc(T)在第一个周期内的表达式为其中T为采样时间，Tc为载波周期，M为幅值调制度；产生参考三角载波采用加法和减法运算产生幅度恒定的参考三角载波，参考三角载波用于判断前后半个周期的分界点，参考三角载波的载波周期为Tc，最大值为Tmax；计算多路正弦信号值预先分别设置多路正弦信号的初相角值Phi(I)，I为正弦信号的编号，计算Wt+Phi(I)，其中W为正弦信号即正弦调制波的角频率；根据Wt+Phi(I)查正弦表得到各路正弦信号值Sin(Wt+Phi(I))；步骤2，通过比较产生多路SPWM信号将应用三角载波Uc(T)在T时刻对应的值与各路正弦信号值Sin(Wt+Phi(I))分别进行比较，如果Uc(T)大于Sin(Wt+Phi(I))，则输出高电平，否则输出低电平，得到多路SPWM信号在T时刻的状态；步骤3循环步骤更新采样时刻T＝T+1，返回步骤1；最终获得多路SPWM信号的实时输出，可以产生SPWM信号为 48路。在每一个采样周期中，基于时分复用方式和流水线方式完成Sin (Wt+Phi (I))的计算以及Uc (T)和 Sin (Wt+Phi)的比较操作。采样周其月为 Lus, Tmax 为 Tc/2。 [0008] （2）数字芯片的制作方法。 [0009] 制作产生多路SPWM信号的方法的产生多路SPWM信号的数字芯片，包括控制器接口模块、三角波产生模块、正弦调制波产生模块、比较模块、输出模块和分频模块。控制器接口模块与CPU通信连接，控制器接口模块中，载波周期寄存器TcReg和调制度寄存器MdReg与三角波产生模块连接；调制波周期寄存器TrReg和多个SPWM调制波相位寄存器PhiReg与正弦调制波产生模块连接；三角波产生模块用于产生应用三角载波和参考三角载波；正弦调制波产生模块用于计算多路正弦波的输出值；三角波产生模块的应用三角载波输出端和正弦调制波产生模块的多路正弦波输出端均与比较模块的输入端相接；比较模块用于将应用三角载波值分别与多路正弦波的输出值进行比较；(T-Tc/2), Tc/2 [0010] 正弦调制波产生模块的内部结构为Wt产生单元的输入端接分频后的Elk信号和载波周期寄存器TcReg，加法器的一个输入端接Wt产生单元的输出端，加法器的另一个输入端接第I个SPWM调制波相位寄存器PhiReg，加法器的输出端接正弦表RAM，正弦表RAM输出正弦值；正弦表RAM 采用FPGA内部的嵌入式RAM单元。产生多路SPWM信号的数字芯片，其特征在于，SPWM调制波相位寄存器PhiReg为48个，所述的CPU为DSP。 |
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