专利名称：一种产生多路spwm信号的方法和数字芯片的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电子领域，涉及一种产生多路SPWM信号的方法和数字芯片，高压变频器、逆变器等。
背景技术：
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
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。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
权利要求
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。FDA0000027093660000011.tif
2.根据权利要求1所述的产生多路SPWM信号的方法，其特征在于，所述的SPWM信号为 48路。
3.根据权利要求1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。
4.根据权利要求1 3任一项所述的产生多路SPWM信号的方法，其特征在于，采样周 其月为 lus, Tmax 为 Tc/2。
5.一种基于权利1 3任一项所述的产生多路SPWM信号的方法的产生多路SPWM信号 的数字芯片，其特征在于，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<t<Tc0<t<T/2，其中t为采样时间，Tc为载波周期，M为幅值调制度;输出模块的输入端接比较器的输出端；输出模块输出多路SPWM信号；分频模块用于将时钟信号elk转换为分频信号提供给三角波产生模块、正弦调制波产 生模块和输出模块。
6.根据权利要求5所述的产生多路SPWM信号的数字芯片，其特征在于，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。
7.根据权利要求6所述的产生多路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。
全文摘要
本发明公开了一种产生多路SPWM信号的方法和数字芯片，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。
文档编号H03K7/00GK101997524SQ20101029209
公开日2011年3月30日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者朱俊杰, 王湘中 申请人:中南林业科技大学