专利名称：一种电力电子设备的控制脉冲的发生方法
技术领域：
本发明涉及一种电力电子设备的控制脉冲的发生方法，该方法产生的信号主要用于电力系统的电力电子设备中，并为电力电子器件提供各种方波脉冲控制信号，属于电力电子控制领域。
背景技术：
在最初的电力电子设备中，控制脉冲的发生大都是采用模拟方法实现，而这些模拟方法具有很多的缺点。首先，模拟电路中所用器件数量众多，电路关系复杂，调试设计比较困难。这个设计上的困难也使得模拟方式的脉冲发生电路往往功能单一，应用范围窄，灵活性差。其次，模拟脉冲发生电路中采用电位器、拨码盘等器件实现电路工作状况的调节，以及采用模拟电压信号或模拟电流信进行脉冲发生的控制，这种调控方式既不直观，又不简便。再有，模拟器件容易受到噪声和温度等环境因素干扰，模拟方法实现脉冲发生的控制精度也比较低。最后，模拟控制系统的工作状况不便于监示，人机交互性差。
随着单片机、DSP和CPU等微处理芯片的出现，为电力电子设备的控制脉冲的发生提供了一种数字化的实现方法。这种方法在一定程度上解决了模拟方法的弊病，但同时又引入了新的问题。这是因为微处理芯片一般只能以单线程方式执行程序，脉冲的计算和发送作为一部分程序需要占用指令执行时间。而且电力电子应用中的控制脉冲往往又需要同步发生，这对微控制器处理这些任务的速度和优先级安排提出了约束，使软件设计和调试的难度增加。在电力电子的控制装置中，对应多个电力电子器件需要提供多路各不相同的控制脉冲输出，各路脉冲不仅在程序设计中要相互兼顾，还会占用一大部分的接口资源。
另一种解决思路是采用数字逻辑的方法实现电力电子设备的控制脉冲的发生。尤其随着可编程逻辑器件朝大规模和高集成方向的发展，使采用数字逻辑方法实现电力电子设备的控制脉冲发生的设计研究多了起来。在2000年12月第24卷23期的《电力系统自动化》中有一篇文章《基于FPGA的静止补偿器PWM脉冲发生器设计》，该文介绍了一种数字逻辑实现电力电子应用中脉宽调制脉冲的产生方法，附图1给出了其原理框图。依照图1，该系统首先需要通过数据总线在存储空间中设入脉宽参数，而后在同步信号控制下对时钟信号进行计数，当计数值与当前脉宽参数相同时，就切换输出脉冲的信号电平，而后计数清零并读取下一个脉宽参数，这样继续运算下去，产生出设定脉宽的脉冲序列波形。此外，该系统的脉冲输出逻辑还具有死区形成功能，该功能能够实现两个输出信号的互锁控制。
已有的这个采用数字逻辑实现的电力电子设备的控制脉冲发生电路规模较小，功能单一，只能产生脉宽调制脉冲。该方法在实际应用中需要依靠外接微处理控制装置计算出脉宽数据，然后填入其存储空间，才能产生出控制脉冲信号，即必须配合其它微处理装置才能工作，所以该方法没有自行产生脉冲的能力，控制方式也比较复杂。再有，由于该系统采用的脉冲发生方法利用的是脉宽数据，这种数据不能够反映脉冲的相位角度，所以该方法难以实现脉冲的同步输出控制，工作可靠性低。此外，该脉冲发生方法也不具有显示和监控功能，不便于了解系统脉冲发生的工作状况。在数据速度匹配上，只有微处理芯片计算脉宽数据的速度，以及数据填入存储空间的速度大于脉冲发生的速度，这个脉冲方法才能正常工作。这种数据控制和传输方式不够灵活，对微处理控制装置的速度性能要求较高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种电力电子设备的控制脉冲的发生方法，采用数字逻辑结构实现电力电子设备的控制脉冲的发生，直接基于相位角度发出脉冲，从而易于实现脉冲的同步产生；该方法能够实现针对不同电力电子应用的多种控制脉冲发生功能，能够实现脉冲调制、最小脉宽控制和脉冲互锁；该方法能够提供灵活的控制方式，简化控制过程；实现存储空间的统一编址访问，提高数据交换效率，降低速度的匹配要求。
本发明提出的电力电子设备的控制脉冲的发生方法，包括以下各步骤1、对由前端信号处理部分输入的同步信号进行同步处理，产生出相位标度数据，或者对由频率合成得到的相位脉冲信号进行相位计数，获得相位标度数据。
2、对由控制平台输入的控制信号进行转换处理，得到控制脉冲发生的控制数据，控制数据在数据交换逻辑的控制下存入存储空间中，上述控制数据包括状态控制数据和脉冲数据，脉冲数据中包含相位角度和对应于该相位角度的脉冲电平值。
3、按照数据交换逻辑，从存储空间中读取上述脉冲数据，将读取的脉冲数据的相位角度和上述第1步得到的相位标度数据进行比较，依据该比较结果以及在状态控制数据的控制下将读取出的脉冲数据的脉冲电平值进行逻辑转化，产生出原始脉冲信号。
4、对上述原始脉冲信号进行脉冲调理，得到最终的输出脉冲信号。
本发明方法实现了基于相位角度的脉冲发生，易于实现同步控制功能；该方法结构还能够实现多样的电力电子设备的控制脉冲的发生功能，能够广泛满足实际应用的要求；该方法实现了存储空间的统一管理，并采用数据交换逻辑控制数据的访问，提高了数据传输效率，解决了速度匹配问题。
图1是已有技术中的一种数字逻辑方法实现电力电子设备的控制脉冲发生的原理框图。
图2是本发明电力电子设备的控制脉冲的发生方法的原理框图。
图3是本发明方法中相位控制部分的一个实施例的原理框图。
图4是本发明方法中脉冲发生部分的第一个实施例的原理框图。
图5是本发明方法中脉冲发生部分的第二个实施例的原理框图。
图6是本发明方法中脉冲发生部分的第三个实施例中脉宽调制脉冲数据计算部分的原理框图。
图7是本发明方法中脉冲调理部分的一个实施例的原理框图。
图8是本发明方法中控制接口部分的第二个实施例的原理框图。
图9是本发明方法中存储空间管理部分的一个实施例的原理框图。
具体实施例方式本发明方法划分了相位控制、脉冲发生、脉冲调理、控制接口、存储空间管理和数据交换逻辑六个处理环节来实现电力电子设备的控制脉冲发生，图2给出了本发明方法实施的原理框图。如图2所示，当采用由前端信号处理部分输入的同步信号时，相位控制部分将对同步信号进行同步处理，并依此产生出相位标度数据。当不采用同步信号时，相位控制部分将利用其内部的频率合成功能产生出相位脉冲信号，然后对这个相位脉冲进行计数，获得相位标度数据。然后，脉冲发生部分基于相位标度，并按照存储空间中的状态控制数据和脉冲数据，对脉冲电平进行逻辑运算，产生出原始脉冲信号。原始脉冲信号还要经过脉冲调理部分，进行高频调制、最小脉宽控制、互锁输出延时和输出封锁控制等处理，最后得到输出脉冲。本系统的控制接口部分完成控制信号到控制数据的转换，并且通过向数据交换逻辑部分申请数据交换，实现对存储空间的数据访问。存储空间管理部分对本发明系统的存储空间进行统一编址和访问管理。数据交换逻辑部分采用了申请响应控制逻辑和优先级处理方法实现控制接口、存储空间管理和脉冲发生这些部分之间的数据交换。
图3是本发明相位控制部分的一个实施例的原理结构，该实施结构可以在锁相选择信号和联机选择信号的控制下实现三种工作方式，它们是锁相同步工作方式、非锁相自行工作方式和联机同步工作方式。在锁相同步工作方式下，锁相选择信号通过对选择模块的控制将使鉴相、环路滤波、频率合成和分频组成的锁相环路闭合，输入的同步信号被锁相倍频，从而得到相位脉冲信号。相位脉冲信号的频率是被同步锁相的基波频率的N倍，其中N由锁相环路中分频部分的倍数决定。依据系统前端的信号处理对同步信号造成的相移设定出补偿角度参数，该补偿角度参数和基波信号一起控制着相位补偿部分。相位补偿部分对相位脉冲进行计数判断，产生出移相的基波同步脉冲信号。在锁相同步工作方式下，联机选择信号选通相位脉冲和基波同步脉冲信号进入信号调整部分，该部分的信号调整处理将使调整后的相位脉冲的间隔时间大于脉冲发生部分的运算判断时间，同时还将保证每个基波同步信号的周期中有N个相位脉冲。调整后获得的信号一方面将作为联机同步信号输出，另一方面它们还将输入相位计数部分。调整后的基波同步脉冲信号将对相位计数运算清零，而调整后的相位脉冲将使相位计数部分从0到N-1计数。最后，相位计数的输出结果就是本系统的相位标度。
如果在上述相位标度的产生过程中，锁相选择状态信号选择由频率参数来控制频率合成部分的工作，此时锁相环路被断开，频率合成部分将自行产生出相位脉冲信号。这个时候的相位补偿部分也不再受到补偿角度和基波信号的控制影响，而是直接对输入的相位脉冲进行计数，每计到N个相位脉冲就产生一个基波同步脉冲信号。最后基波同步信号和相位脉冲经过信号调整和相位计数，得到相位标度，这样就实现了相位控制部分的非锁相自行工作方式。为了能够实现脉冲输出路数的扩展，本实例中还提供了第三种时钟工作方式——联机同步工作方式。在这种工作方式下，处于锁相同步或非锁相自行工作方式的主脉冲发生设备产生的联机同步输出信号可以作为本系统的联机同步输入信号，经过联机选择状态信号的选通后，联机同步输入信号只要进行信号调整和相位计数后，就产生出与主脉冲发生设备相同的相位标度数据。
脉冲发生部分的第一个实施例的原理框图如图4所示，该实施例用以在一个基波周期里产生单个脉冲信号。依据该方法，相位控制部分产生的原始相位标度首先与由触发角度决定的起始相位参数相加，如果和小于N，则这个和直接作为移相标度值输出，如果和大于等于N，则这个和减去N后再输出作为移相标度。此后，移相标度分别输入各路的脉冲发生运算部分。以P1路的脉冲发生运算为例，比较部分不断将相移标度和由各路脉冲之间的相位关系确定的相位参数进行比较，当两者数值一样时，则比较部分输出一个有效的初始脉冲信号。初始脉冲信号和强制触发信号将在一组控制信号的管理下进行使能和强制逻辑运算，这组控制信号包括使能信号和强制信号。这个逻辑运算的规则为如果P1路的使能信号和强制信号都无效，则该逻辑部分没有脉冲输出；如果P1路使能信号有效，而且强制信号无效，则该逻辑部分输出初始脉冲信号；如果P1路使能信号无效，而且强制信号有效，则该逻辑部分输出强制触发信号；如果P1路强制信号有效，而使能信号由无效变为有效，此时该逻辑部分必须先接受并输出一个有效的强制触发脉冲后，才正常输出来自比较电路的初始脉冲信号，然后强制触发输入信号将不再起作用。从脉冲使能和强制逻辑部分输出的是窄脉冲，随后的脉宽调整部分将这个窄脉冲调整为脉宽参数所设置的宽度，最终输出P1路的原始脉冲信号。
图5给出了脉冲发生部分的第二个实施例的原理框图，该实施例用以实现一个基波周期中包含多个脉冲的脉宽调制脉冲信号的发生。如图5所示，总线管理部分负责通过PWM1BUS总线或PWM2BUS总线向数据交换逻辑部分申请从指定地址的存储空间中读取脉冲数据，这里以及下文中提到的总线都由一组地址信号、数据信号和访问控制信号组成，而本实施例中的每个脉冲数据包含相位角度和脉冲输出电平两个部分。从存储空间读取出的脉冲数据将先被寄存，然后其相位角度部分的数值不断和当前的相位标度进行比较，当二者的数值相同时，脉冲发生逻辑依据脉冲数据电平部分的数值修改输出的脉冲电平。一个脉冲数据经过上述的相位比较判决，然后产生输出脉冲电平后，总线管理部分就自动寻址向数据交换逻辑部分申请读取下一个脉冲数据。这样继续下去，不断地在不同相位标度输出不同的脉冲电平，最终获得脉宽调制脉冲序列。如图5所示，本实施例的原理结构中采用了完全相同的两组脉冲发生部分PWM1和PWM2，这样的结构是为了在交替工作控制逻辑的管理下实现普通和交替两种脉冲发生工作模式。在普通工作模式下，PWM1和PWM2两组脉冲发生部分同时工作，它们分别从存储空间不同的存储段中读取脉冲数据，独立地完成脉冲发生功能，脉冲输出控制部分将两组脉冲发生部分的输出分配到各路输出端口，如图5中所示，P1p路的原始脉冲输出的是PWM1脉冲发生部分产生的P1脉冲信号，而P1n路的原始脉冲输出的是PWM2脉冲发生部分产生的P2脉冲信号，其它各路脉冲的输出与之类似。然而在交替工作模式下，PWM1和PWM2两组脉冲发生部分在切换命令控制下交替负责某些路的受控原始脉冲的输出，而其余各路脉冲的输出是这些受控脉冲的互补信号。具体而言，当PWM1使能，PWM2停止工作时，由PWM1产生的P1脉冲信号驱动P1p路的原始脉冲；而当切换命令要求交替工作，PWM2被使能，PWM1停止时，P1p路的原始脉冲输出改为由PWM2产生的P2脉冲信号驱动；在此交替工作方式下，P1n路的脉冲输出始终是P1p路脉冲信号取反后的互补信号；其它路的工作情况与之类似。此外，交替切换并不是在切换命令信号到来时就马上进行的，而是在切换命令有效，并且正在工作的一组脉冲发生部分已经处理完指定存储段段尾的最后一个脉冲数据后，才进行脉冲发生的切换。交替工作方式可以实现一些脉冲发生的复杂控制算法。无论是在普通工作模式还是在交替工作模式，正在工作的一组PWM1或者PWM2脉冲发生部分在处理完指定存储段的最后一个脉冲数据后，只要不要求它停止产生脉冲，它将按照总线管理部分中设定的脉冲数据存储段的首地址参数，重新开始新一轮的脉冲数据读取、处理和脉冲发生。
脉冲发生部分的第三个实施例是在上述的第二个实施例基础上又增加了脉宽调制脉冲数据的自行计算功能。图6是这个实施例增加的脉冲数据计算部分的原理框图，该部分能够自行计算出脉冲数据，并通过切换命令信号控制图5所示的PWM1和PWM2两组脉冲发生部分交替工作。脉宽调制脉冲数据的计算可以选择自然采样法、规则采样法、直接脉宽调制法、随机斜率脉宽调制法和空间矢量等多种算法原理实现。但是不论采用哪一种计算方法，当计算出脉冲电平的变化和对应这个变化的相位角度时刻后，必须依据图5所示的脉冲发生部分所采用的脉冲数据格式将脉冲电平和相位角度组合成完整的脉冲数据。如图6所示，在脉宽调制脉冲数据的计算中用到的查找表等常量，将通过REFBUS总线管理部分申请数据交换逻辑部分从存储空间中读取。如果将一个基波周期中N个相位采样点的脉冲数据的计算称作为一次起动，其中N是一个基波周期中的相位脉冲数。则在每一次起动中，脉宽调制脉冲数据计算部分计算出对应0到N-1各个相位标度点的输出脉冲电平，然后只需要选取输出电平相对前一相位点发生变化的脉冲数据，PDATBUS总线管理部分将这些数据通过PDATBUS总线申请数据交换逻辑部分存入存储空间。当一次起动的脉冲数据计算完毕，PDATBUS总线管理部分将为图5的脉冲发生部分提供这些刚计算出的脉冲数据在存储空间中的寻址参数。同时，脉宽调制脉冲数据计算部分通过控制信号输出逻辑产生切换命令信号，该信号输入图5所示的交替工作控制逻辑部分。此后，正在工作的一组PWM1或PWM2脉冲发生部分在完成它所对应的脉冲数据段最后一个脉冲数据的运算处理后，将在控制逻辑作用下停止工作，各路原始脉冲的发生切换到由另一组PWM2或PWM1脉冲发生部分来驱动，新起动的脉冲发生部分依照由脉宽调制脉冲数据计算部分新计算出的脉冲数据，产生出脉宽调制脉冲。一旦PWM1和PWM2交替切换完成，脉宽调制脉冲数据计算部分将又开始为已经停止工作的一组脉冲发生部分在相应的存储空间中计算准备新的脉冲数据，直至又一次起动计算完成，然后再次申请PWM1和PWM2两部分交替工作。
上述脉冲发生部分产生的原始脉冲信号还将经过脉冲调理部分才被作为最终的脉冲输出，图7给出了脉冲调理部分的一个实施例的原理框图。脉冲调理包括脉冲高频调制、最小脉宽控制、互锁输出延时和输出封锁，这些处理环节都是可控的，如果其中某一处理环节所对应的控制信号使能，则进行相应的脉冲处理，而如果不使能，则脉冲信号不被处理而直接通过该环节。如果脉冲高频调制被使能，则各路原始脉冲的有效电平信号将被调制为具有设定占空比和频率的一组高频脉冲序列。如果最小脉冲宽度控制被使能，该部分将输入的脉冲信号中脉冲宽度小于设定值的正或负脉冲调整到宽度不小于最小脉冲宽度参数的设置值。如果互锁输出延时控制使能，这个脉冲调理部分将使被互锁的两路脉冲的输出电平不同时有效，并在它们发生电平变化时保障其中一个被互锁的脉冲信号必须在另一个互锁的脉冲信号的电平变为无效时再经过一段由互锁延时参数设定的时间之后才允许变为有效。最后的输出封锁部分在控制信号作用下可以直接在输出端口封锁脉冲的输出，而不影响系统其它部分的工作。
本发明的控制接口部分的一个简单的实施例是直接采用数字控制接口。外接控制装置通过一组地址信号、数据信号和控制信号来访问数字控制接口，并输入要访问存储空间的地址参数和访问类型，如果外接控制装置要对本发明系统的存储空间进行写入访问，则还要输入即将写入的数据。数字控制接口部分通过总线管理逻辑向数据交换逻辑部分提出访问申请，并接受数据交换逻辑部分的响应，从而实现对存储空间中的状态控制数据和脉冲数据的读写访问。如果外接控制装置需要读取存储空间，总线控制逻辑接收来自数字交换控制部分的读出数据后，再把该数据发送给外接控制装置。
本发明的控制接口部分的第二个实施例采用了图8所示的原理结构，该实施例提供了采用模拟电平控制信号和按键控制信号控制本系统脉冲发生的方法，同时它还具有一定的显示功能。首先，地址按键控制信号经过按键控制接口逻辑运算得到寻址参数，这个寻址参数被存储在被改地址寄存部分中。然后，选择控制部分可以选择采用模拟电平控制信号输入或者按键控制信号输入来进行参数控制。如果选择控制部分选通了模拟电平输入控制，由外接控制设备输入的模拟电平控制信号经过模数转换后得到控制参数，控制参数被存入控制参数寄存部分。如果选择控制部分选通了按键输入控制，则按键控制接口在刚被使能或者寻址参数发生改变后，它将首先通过BTNBUS总线管理部分申请数据交换逻辑部分读取以寻址参数为地址的存储空间中的原始数据。然后，按键控制接口接受数据修改的按键控制信号，在读取的原始数据基础上增减运算，获得新的控制参数。当然，按键控制接口逻辑也可以采用其它的算法设置控制参数，但是最后按键控制接口产生的控制参数都将通过选择控制部分存入控制参数寄存部分。无论采用模拟电平控制输入或者按键控制输入得到新的控制参数后，BTNBUS总线管理部分都将依据被改地址寄存部分中的寻址参数决定的地址向数据交换逻辑部分申请将新的控制数据写入相应的存储空间。此外，BTNBUS总线管理部分依据寻址参数还将按照由显示刷新以及按键操作速度确定的时间间隔向数据交换逻辑部分申请读取相应存储空间中的数据，然后存入读取参数寄存部分。这个读取参数一方面会被按键控制接口部分读取，作为上述按键控制逻辑运算的原始数据，另一方面这个读取参数将不断送到显示接口部分。显示接口部分依据寻址参数和读取参数，驱动并刷新显示控制输出信号。
本发明的存储空间管理部分的一个实施例的原理框图如图9所示。整个存储空间由状态控制数据存储空间、NVSRAM存储空间和SRAM存储空间组成，并由存储空间管理逻辑统一编址访问。状态控制数据存储空间是由本发明中相位控制部分、脉冲发生部分、脉冲调理部分和控制接口部分中的状态信号和控制参数集中起来，统一编址并管理它们的访问从而构成的一部分存储空间。当存储空间管理逻辑部分提供有效的地址和读写信号时，就可以通过状态控制数据的管理部分读取或者修改相应的状态信号和控制参数。在本实施例中，状态控制数据存储空间的访问地址将和NVSRAM存储空间中的一部分存储段具有相同地址。NVSRAM是一种掉电后存储数据不易丢失的存储空间，可以用于在系统掉电后保存重要的数据，NVSRAM的控制逻辑负责管理NVSRAM存储空间的访问。NVSRAM存储空间中的一部分存储段将用于保存前述的状态控制数据，所以该存储段和状态控制数据存储空间具有相同的访问地址。NVSRAM存储空间还可以用来存储脉宽调制脉冲数据计算所需要的查找表等常量数据，以及用来存储脉冲数据等。SRAM则是可以高速访问但掉电后数据丢失的一部分存储空间，用以存储掉电后无需保存的数据，它的访问管理由SRAM控制逻辑完成。前述的三部分存储空间都由存储空间管理逻辑统一编址，并完成数据交换逻辑部分通过存储空间访问总线对存储空间的数据访问。在本系统复位初始化时，这个存储空间管理逻辑还将负责将掉电前的状态控制数据从NVSRAM的相应存储段中读出，并重新载入到状态控制数据存储空间中。在本系统正常工作时，数据交换逻辑部分通过存储空间管理逻辑对状态控制数据的读取将只访问状态控制数据存储空间；而数据交换逻辑部分对状态控制数据的修改写入将不仅访问状态控制数据存储空间，还将修改具有同一地址的NVSRAM存储空间，用以实现数据的保存。存储空间管理逻辑与数据交换逻辑部分之间的存储空间访问总线不仅包括地址信号和数据信号，还包括读写访问命令、读写访问响应、以及数据有效指示等控制信号。
本发明的数据交换逻辑部分是用来实现本系统其它各个部分之间的数据交换和传输，从而将它们组织成一个完整系统。本系统中的数据交换主要包括控制接口对存储空间的控制访问和脉冲发生部分对存储空间中的脉冲数据的访问。数据交换逻辑部分在系统复位后，将控制整个系统的初始化过程，自动完成一些初始化阶段的控制数据和脉冲数据的传输。在初始化结束，系统正常工作时，数据交换逻辑部分不断查询检验来自控制接口或者脉冲发生部分的数据总线的访问申请，然后按一定的优先级次序响应这些申请，完成数据的交换传输。也就是说，当同一时刻有多个访问申请时，数据交换逻辑部分将首先响应优先级最高的访问请求，如果响应的申请是读取存储空间的访问请求，该数据交换逻辑部分将依据访问地址控制存储空间管理部分从相应的存储地址中读出数据，然后再将数据通过相应的总线发送给访问申请者。如果数据交换逻辑部分响应了向存储空间写入数据的访问申请，它就从相应的总线接收被写数据，然后通过存储空间访问总线发送给存储空间管理部分，并由该部分完成数据写入。
本发明为电力电子设备所需的各种控制脉冲信号的发生构筑了一套完整的实现方案。从实施例可以看到，相位控制部分为本系统提供了多种时钟工作方式，它们包括非锁相自行工作方式、锁相同步工作方式和联机同步工作方式。非锁相自行工作方式直接依靠对输入频率合成部分的频率参数的控制实现了对脉冲发生基波频率的调节；锁相同步工作方式使系统可以同步于外接输入信号产生脉冲，这种方式在各种依靠触发角度工作的电力电子装置中都需要用到；联机工作方式可以使多组脉冲发生系统同步工作，简单地实现了脉冲输出路数的扩展。相位控制部分无论采用何种时钟工作方式，最终都为系统提供了相位标度数值，从而为本发明系统能够基于相位角度发出脉冲打下基础。
如前所述，本发明的脉冲发生部分可以采用多种方案来实现不同的脉冲输出功能。利用图4、图5和图6所给出的三个实施例都是基于相位标度工作的，从而真正实现了本发明基于相位角度产生脉冲的目标。脉冲发生部分第一个实施例的给出是针对电力电子设备中的众多单脉冲发生的应用需要，该实施例既可以实现对各路输出控制脉冲的触发相角的同时控制，也可以实现单对某一路脉冲触发相角的调节，触发脉冲的宽度也可以改变。而且，图4所示实施例中的使能和强制触发逻辑可以用以实现电容设备电压过零投入等等控制功能，该功能广泛应用于电力系统无功补偿的电力电子装置中。借助本发明脉冲发生部分的第二个实施例，可以使本发明系统实现辅助于其它微处理控制装置的脉冲发生。应用中，采用外接的微处理控制设备计算出符合脉冲发生部分第二个实施例中所要求的脉冲数据，然后填入本系统的存储空间中，脉冲发生第二实施例就可以依据这些脉冲数据产生出电力电子设备的控制脉冲。由于图5所示的脉冲发生方案中包含PWM1和PWM2两组脉冲发生部分，而且还设计了它们的交替工作模式，这就又使本系统能够实现乒乓存储的控制算法。具体而言，控制系统可以先让PWM1发出脉冲，然后为PWM2准备新的脉冲数据；由于PWM1会自动循环调用存储段中的脉冲数据，所以不会出现脉冲序列产生的终断；当系统为PWM2准备好脉冲数据后，再通过切换命令停止PWM1的工作，而启动PWM2发出脉冲；此后，控制系统可以转而去为PWM1修改准备新的脉冲数据；在交替方式下，PWM1和PWM2就这样轮流工作。这种交替存储和处理数据的方式被习惯地称为乒乓算法，它可以解决脉冲数据计算和脉冲发生之间的速度不匹配和数据冲突的问题。本发明脉冲发生部分的第三个实施例在第二个实施例基础上增加了图6所示的脉宽调制脉冲数据计算部分，使本发明系统具有不受外接控制设备控制而独立产生一定特性的脉宽调制脉冲的能力。
本发明的脉冲调理部分的实施例可以满足不同电力电子器件的驱动需要，实现了可控的脉冲高频调制、最小脉宽控制、脉冲互锁延时和脉冲输出封锁。本发明的控制接口部分如果采用第一个实施例描述的数字控制接口，可以简便地实现本系统和数字控制设备的连接。而如果控制接口部分采用了第二个实施例，模数转换接口可以实现本系统和模拟控制设备的连接，而按键接口可以只采用一组按键就完成对本发明系统脉冲输出的控制。这些不同控制接口适合于满足具有不同复杂程度的电力电子应用要求。
本发明方法可以将不同类型的存储空间组织起来统一管理。比如按照本发明存储空间管理部分的实施例所述，利用状态控制数据存储空间可以将系统中零散的状态信号和控制参数集中管理，从而提高了控制效率；采用NVSRAM存储空间实现了掉电后的参数恢复和重要数据的保存；采用SRAM存储空间又可以满足更高速的数据访问需要。各种类型的存储空间也可以依据具体的应用需要和成本加以调配。
最后，本发明采用了数据交换逻辑部分将其余各个部分组织起来，构成完整的脉冲发生系统。数据交换逻辑部分采用优先级控制方式响应各部分之间的数据交换申请，完成数据传输。这种组织结构以简单的形式解决了系统中不同模块之间的速度配合问题，而优先级控制方式又保证了重要部分对数据的优先访问，避免了数据传输延误，提高了数据交换效率。
本发明方法最终可以完全采用数字逻辑方式实现，而且按此方法得到的电力电子设备的控制脉冲的发生系统具有操作简便直观，易于维护，控制精度高，工作稳定可靠的优点。而且，本发明控制接口部分的第二个实施例中实现了一定的显示功能，可以实现一定的人机交互性。如果采用大规模的集成电路实现本发明方法，最终可以得到一种能够广泛应用于电力电子设备中的专用集成电路芯片，这将大大简化电力电子设备控制装置的实现，同时降低设计开发成本。事实上，本发明方法已经基于大规模的可编程逻辑器件进行了设计和实验，前述的实施例都在设计中经过了实际的使用和验证，而且通过功能仿真和电路调试，证明本发明方法能够正常工作，实现既定的控制目标并输出正确的脉冲信号。
权利要求
1.一种电力电子设备的控制脉冲的发生方法，其特征在于该方法包括以下各步骤(1)对由前端信号处理部分输入的同步信号进行同步处理，产生出相位标度数据，或者对由频率合成得到的相位脉冲信号进行相位计数，获得相位标度数据；(2)对由控制平台输入的控制信号进行转换处理，得到控制脉冲发生的控制数据，控制数据在数据交换逻辑的控制下存入存储空间中，上述控制数据包括状态控制数据和脉冲数据，脉冲数据中包含相位角度和对应于该相位角度的脉冲电平值；(3)按照数据交换逻辑，从存储空间中读取上述脉冲数据，将读取的脉冲数据的相位角度和上述第1步得到的相位标度数据进行比较，依据该比较结果以及在状态控制数据的控制下将读取出的脉冲数据的脉冲电平值进行逻辑转化，产生出原始脉冲信号；(4)对上述原始脉冲信号进行脉冲调理，得到最终的输出脉冲信号。
全文摘要
本发明涉及一种电力电子设备的控制脉冲的发生方法,首先对前端的同步信号进行处理,产生相位标度数据,或者对相位脉冲信号进行相位计数,获得相位标度数据;对输入的控制信号进行转换处理,得到控制数据,并将其存入存储空间中,按照数据交换逻辑读取脉冲数据,将其中的相位角度与上述相位标度数据进行比较,并将脉冲电平值进行逻辑转化,产生出原始脉冲信号,原始脉冲信号经脉冲调理,得到最终的输出脉冲信号。本发明方法实现了基于相位角度的脉冲发生,易于实现同步控制功能;该方法还能够实现多样的电力电子设备的控制脉冲的发生功能,广泛满足实际应用的要求;该方法实现了存储空间的统一管理,提高了数据传输效率,解决了速度匹配问题。
文档编号H03K3/00GK1338810SQ0113625
公开日2002年3月6日 申请日期2001年10月12日 优先权日2001年10月12日
发明者庞浩, 王赞基, 陈建业, 刘秀成 申请人:清华大学