专利名称：电源的同步锁相方法及电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种电源的同步锁相方法及电源。
背景技术：
目前，在采用数字控制技术的逆变电源系统中，常用的电源的同步锁相方法有如下三种方法一，设定一个主机，从机通过对主机的输出电压进行整流后，利用控制芯片的捕获功能获取主机的频率和相位，从而进行锁相；方法二，设定一个主机，从机通过对主机的输出电压进行采样，然后通过算法获取主机的频率和相位； 方法三，设定一个主机，由主机在逆变电压过零点发出一个与自身逆变频率相同的脉冲信号，从机通过捕获该脉冲信号获得主机的频率和过零时刻。然而，前两种方法存在一个相同的缺点从机获取主机的频率和相位的条件是首先得到主机的输出电压，但是，在某些应用场合(例如，模块化不间断电源(Uninterruptible PowerSupply,简称为UPS))中，这种条件不一定能够满足；第三种方法虽然不需要得到主机的输出电压，但由于主机仅在过零点发出脉冲信号，从机在一个周期内只能获得一次主机频率相位信息，因此导致锁相的速度慢、精度低。针对相关技术中存在的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电源的锁相方法及电源，以至少解决上述问题。根据本发明的一个方面，提供了一种电源的同步锁相方法，所述电源包括主机和从机，所述主机和所述从机并联连接，包括以下步骤所述主机发出带有自身相位和频率的脉冲宽度调制PWM信号，其中，= Π1 · fINV, fPWM为所述PWM信号的频率，fINV为所述主机输出电压的频率，m为整数，所述主机的每个输出电压周期内有m个PWM周期，分别为PWMtl,PWM1,……,PWMy ;所述从机获取所述PWM信号，并根据所述PWM信号的频率和相位得到所述主机的频率和相位。在上述方法中，所述主机发出一个带有自身相位和频率的PWM信号包括所述主
机在第k个周期结束、第k+Ι个周期开始的时刻发出所述PWM信号，在所述时刻，所述主机
2τζ"
的输出电压相彳AA为Q k，其中，A ~ 々，k = 0，l，...，m_ I ο
m在上述方法中，所述PWM信号为不对称信号，所述m个PWM周期中的每个PWM周期发出的PWM信号的占空比均不相同，所述不同的占空比对应不同的所述主机的输出电压的相位。
^ + I在上述方法中，第k个PWM周期的占空比Dk与为:Dk=~-k = 0，1，. . .，m_l。
/77 + 1在上述方法中，在所述PWM信号为高电平有效的情况下，所述主机发出带有自身相位和频率的脉冲宽度调制PWM信号包括如下步骤在所述主机的输出电压的相位为θ η的时刻，发出所述PWM信号的下降沿，计算第k个PWM周期的占空比Dk ;在所述主机的输出
O JT
电压的相位为I +--(1- )时刻，发出所述PWM信号的上升沿；在逆变输出电压相位Qk
m
时刻，发出所述PWM信号的下降沿，开始下一个PWM周期；所述从机获取所述PWM信号，并根据所述PWM信号的频率和相位得到所述主机的频率和相位包括如下步骤所述从机捕获所述PWM信号的下降沿，记录当前时刻h ;捕获所述PWM信号的上升沿，记录当前时刻t2 ；捕获所述PWM信号的第二次下降沿，记录当前时刻t3，则PWM周期Tpwm = t3-t1；占空比为
D =^，得到所述主机输出电压的频率//,=$·^^及所述主机UPS的输出电压在t3 Z3 — λ", 1PWM，
Ojr
时刻的相位％_=—伽+1)^ -1]。
m在上述方法中，t3时刻之后，第三次PWM下降沿之前的任意时刻t，所述主机UPS在所述任思时刻t输出电压的相位为Θ = Θ主机t3+2 π flNY · t。根据本发明的另一个方面，提供了一种电源，包括主机和从机，所述主机和所述从机并联连接，所述主机包括发出模块，用于发出带有自身相位和频率的脉冲宽度调制PWM信号，其中，fPWM = m *fINV, fPWM为所述脉冲宽度调制信号的频率，fINV为所述主机输出电压的频率，m为整数，所述主机的每个输出电压周期内有m个PWM周期，分别为PWMtl，PWM1，……，PWMffl-!;所述从机包括获取模块，用于所述从机获取所述PWM信号；得到模块，用于根据所述PWM信号的频率和相位得到所述主机的频率和相位。所述发出模块用于在第k个周期结束、第k+Ι个周期开始的时刻发出所述PWM信
O JT
号，在所述时刻，所述主机的输出电压相位为0,，其中，& =一·A，k = 0，1，...，m-l。
m所述PWM信号为不对称信号，所述m个PWM周期中的每个PWM周期发出的PWM信号的占空比均不相同，所述不同的占空比对应不同的所述主机的输出电压的相位。在所述PWM信号为高电平有效的情况下，所述发出模块包括第一发出模块，用于在所述主机的输出电压的相位为Θη的时刻，发出所述PWM信号的下降沿；计算模块，用于计算第k个PWM周期的占空比Dk ;第二发出模块，用于在所述主机的输出电压的相位为
ek_x +—·(1- )时刻，发出所述PWM信号的上升沿；所述第一发出模块还用于在逆变输出 m
电压相位Θ k时刻，发出所述PWM信号的下降沿，开始下一个PWM周期；所述获取模块包括第一捕获模块，用于捕获所述PWM信号的下降沿，记录当前时刻A ;第二捕获模块，用于捕获所述PWM信号的上升沿，记录当前时刻t2 ;第一捕获模块还用于捕获所述PWM信号的第二次下降沿，记录当前时刻t3 ;所述得到模块用于计算PWM周
期Tpwm = t3-t1；占空比为D =爿^，并得到所述主机UPS的输出电压在t3时刻的相位为
Ojr
—
。m根据本发明的再一个方面，还提供了一种电源，包括主机和从机，所述主机和所述从机并联连接，所述主机，用于发出带有自身相位和频率的脉冲宽度调制PWM信号，其中，fPWM = m · fINV, fPWM为所述脉冲宽度调制信号的频率，fINV为所述主机输出电压的频率，m为整数，所述主机的每个输出电压周期内有m个PWM周期，分别为PWMtl,PWM1,……,PWMnri ;所述从机，用于所述从机获取所述PWM信号，并根据所述PWM信号的频率和相位得到所述主机的频率和相位。通过本发明，解决了现有技术中从机在一个周期内只能获得一次主机频率相位信息而导致的锁相速度慢、精度低的问题，从而提高了从机的锁相速度与精度。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I是根据本发明实施例的电源的同步锁相方法的流程图；图2是根据本发明实施例的电源的结构框图；图3是根据本发明实施例的在PWM信号为高电平的情况下电源的结构框图；图4是根据本发明实施例的另一种电源的结构示意图；图5是根据本发明优选实施例的主机发出的PWM信号的示意图；图6是根据本发明优选实施例的根据PWM信号的特征主机发出PWM信号的流程图；图7是根据本发明优选实施例的从机通过捕获PWM信号的上升沿和下降沿获取主机UPS逆变输出电压的频率和相位的流程图；图8是根据本发明优选实施例的主机UPS的逆变输出波形及并联线上的PWM波形示意图；图9是根据本发明优选实施例的计算PWM周期的主机UPS的逆变输出波形及并联线上的PWM波形特征值的流程图；图10是根据本发明优选实施例的从机UPS通过捕获PWM信号的上升沿和下降沿获取PWM信号的周期与占空比的流程图；图11是根据本发明优选实施例的三相逆变输出电压、旋转矢量及PWM波形关系示意图。
具体实施例方式下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。以下以逆变电源系统为例进行说明，在逆变电源系统中，目前有两类系统需要进行频率相位跟踪在UPS系统和逆变器系统，以下实施例可以适用于这两个系统，但并不限于此。在以下实施例中，在需要并联的各逆变电源中，设定一个主机，其它设置为从机。主机根据自身逆变输出电压的频率和相位，发出一个带有自身频率相位的脉冲宽度调制(Pulseffidth Modulation，简称为PWM)信号。从机通过捕获主机发出的PWM信号获取其频率和相位。在以下实施例中还提供了比较优的实施方式可以通过简单计算获得任意时刻的相位，进行锁相。在以下实施例中，主机发出的PWM信号的频率可以根据锁相精度的不同要求可以进行调整。以下实施例中的PWM信号可以为数字信号，从而具有很强的抗干扰能力。图I是根据本发明实施例的电源的同步锁相方法的流程图，该电源包括并联的主机和从机，如图I所示，该方法包括以下步骤步骤S102，主机发出带有自身相位和频率的脉冲宽度调制PWM信号，其中，fPWM =m · fINV, fPWM为脉冲宽度调制信号的频率,fINV为主机输出电压的频率，m为整数，主机的每个输出电压周期内有m个PWM周期，分别为PWM0, PWM1,……，PWMnri ；步骤S104，从机获取该PWM信号，并根据该PWM信号的频率和相位得到主机的频率和相位。通过本实施例，主机可以在多个时刻发出脉冲信号，使得从机在一个周期内可以获得多次主机频率相位信息,相比于现有技术,主机发出的PWM信号的频率可以根据锁相精度的不同要求可以进行调整，从而提高了从机的锁相速度与精度。
在实施时，可以通过在特定的相位来发送PWM信号，这样从机在接收到该PWM信号
时就可以获得该特定的相位，例如，主机在第k个周期结束、第k+Ι个周期开始的时刻发出
rIn
PWM信号，在时刻，主机的输出电压相位为9,，其中，&=一·k k = 0，1，. . .，m-l。这样的
/77 ,
实现方式可以使从机比较容易获得主机的相位。当然，从机获得主机相位的方式还可以有其他的方式，在本实施例中就提供了一种优选的实施方式，在该优选实施方式中，PWM信号为不对称信号，m个PWM周期中的每个PWM周期发出的PWM信号的占空比均不相同，不同的占空比对应不同的主机的输出电压的相位。通过这种方式也可以使从机获得主机的相位。例如，第k个PWM周期的占空比Dk与
为Dk = —7，k = O, I, · · · , m-1。m + I更优的，可以将上述两个优选方式相结合，例如，在PWM信号为高电平有效地情况下，在主机的输出电压的相位为θ η的时刻，发出PWM信号的下降沿，计算第k个PWM周期
O JT
的占空比Dk ;在主机的输出电压的相位为L +--(1- )时刻，发出PWM信号的上升沿；在
m
逆变输出电压相位Θ k时刻，发出PWM信号的下降沿，开始下一个PWM周期。从机捕获PWM信号的下降沿，记录当前时刻^ ;捕获PWM信号的上升沿，记录当前时刻〖2 ;捕获PWM信号的第
二次下降沿，记录当前时刻t3,则PWM周期Tpw = t3-t1；占空比为D = D，得到主机输出
/* I I7Γ
电压的频率//, =-~~，及主机UPS的输出电压在〖3时刻的相位0_3=—[(w+ 1)/)-1] O
m 1PWMm通过上述优选实施例方式，不仅能获得t3时刻的相位，还可以计算任意时刻的相位，例如，t3时刻之后，第三次PWM下降沿之前的任意时刻t，主机UPS在任意时刻t输出电压的相似为Θ主机t = 9主机t3+2nfINV · tο从而进一步提闻了锁相精度。在本发明实施例中，还提供了一种电源，该电源用于实现上述实施例及其优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述，下面对该电源中涉及到模块进行说明。需要说明的是，如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统和方法较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图2是根据本发明实施例的电源的结构框图，如图2所示，该电源包括主机20和从机22，主机20和从机22并联连接，下面对该电源的结构进行说明。主机20包括发出模块200，用于发出带有自身相位和频率的脉冲宽度调制PWM信号，其中，fP* = m · fINV, fPWM为脉冲宽度调制信号的频率，fINV为主机输出电压的频率，m为整数，主机的每个输出电压周期内有m个PWM周期，分别为PWMtl, PWM1,……，PWMlrt ；从机22包括获取模块220，用于从机获取PWM信号；得到模块，用于根据PWM信号的频率和相位得到主机的频率和相位。在本实施例中，发出模块200用于在第k个周期结束、第k+Ι个周期开始的时刻发
出PWM信号，在时刻，主机的输出电压相位为0k，其中, =——·Lk = 0，1，. . .，m-l。在本实施例中，PWM信号为不对称信号，m个PWM周期中的每个PWM周期发出的PWM信号的占空比均不相同，不同的占空比对应不同的主机的输出电压的相位。图3是根据本发明实施例的在PWM信号为高电平的情况下电源的结构框图，如图3所示，发出模块200包括第一发出模块2002和第二发出模块2004，获取模块220包括第一捕获模块2202和第二捕获模块2204，以及得到模块24。下面对在PWM信号为高电平的情况下电源的结构进行说明。第一发出模块2002,用于在主机的输出电压的相位为Θ Jrf的时刻,发出PWM信号的下降沿；计算模块，用于计算第k个PWM周期的占空比Dk;第二发出模块2004，用于在主
O JT
机的输出电压的相位为Am+——·(1- )时刻，发出PWM信号的上升沿；第一发出模块还用
m
于在逆变输出电压相位Θ k时刻，发出PWM信号的下降沿，开始下一个PWM周期；获取模块220包括第一捕获模块2202，用于捕获PWM信号的下降沿，记录当前时刻^ ;第二捕获模块2204，用于捕获PWM信号的上升沿，记录当前时刻〖2 ;第一捕获模块还用于捕获PWM信号的第二次下降沿，记录当前时刻t3 ；得到模块222，用于计算PWM周期Tpwm= t3_t1;占空比为D并得到主机输出电压的频率//, = — ·^—，主机UPS的输出电压在t3时刻的相位为+ 1)/)-1]。
m IPWMJfl图4是根据本发明实施例的另一种电源的结构示意图，如图4所示，该电源包括主机40和从机42，主机40和从机42并联连接。正如上述所述的，以下主机40和从机42的功能可以通过软件编程的方式来实现，同样也是使用硬件的方式来实现，硬件实现发送信号和捕获信号可以参照现有技术中已有的方式，在本实施例中不再赘述。下面对该电源的结构进行说明。主机40，用于发出带有自身相位和频率的PWM信号，其中，fPWM = m · fINV, fPWM为脉冲宽度调制信号的频率，fray为主机输出电压的频率为整数，主机的每个输出电压周期内有m个PWM周期，分别为PWMcpPWM1,……，PWMnri;从机42，用于从机获取该PWM信号，并根据该PWM信号的频率和相位得到主机的频率和相位。下面结合一个优选实施例进行说明，该优选实施例结合上述实施例及其优选实施方式。
在优选实施例中，仅需要一个并联线用于连接各逆变电源，本优选实施例中的主要功能可以由软件算法完成。需要说明的是，该方法可同时应用于单相及三相逆变系统，但是并不限于此。图5是根据本发明优选实施例的主机发出的PWM信号的示意图，下面结合图5对该主机发出的PWM信号进行说明。该PWM信号的频率代表逆变输出电压的频率，其频率fPWM为主机输出电压频率fINV
的整数倍，即fPWM = m*fINV，其中，m为整数，该PWM信号的周期满足= ^，每个逆变输
m
出电压周期内有m个PWM周期，分别为PWMtl,PWM1,……,PWMnri ;该PWM信号为不对称、高电平有效形式，其中第k个周期的上升沿(即第k个周期结束，第k+Ι个周期开始的时刻)在Ojr
逆变输出电压相位为91;时刻发出，其中，&=——·k,k = 0,1, , m-1 ;该PWM信号的占
m
空比代表逆变输出电压的相位，其第k个周期的占空比Dk与输出电压相位ek有如下关系
L· + I
Dk=~= 0，1，...，m-Ι。需要说明的是，在应用中，根据不同需要可占空比进行不同 m + I
设置，只需要满足在一个逆变周期内的每个PWM周期的占空比不相同即可。图6是根据本发明优选实施例的根据PWM信号的特征主机发出PWM信号的流程图，如图6所示，该流程包括以下步骤步骤S602，在逆变输出电压相位Θ 时刻，发出PWM下降沿，计算第k个PWM周期的占空比Dk；
1IJT步骤S604，在逆变输出电压相位€ =U — ·(1- )时刻，发出PWM上升沿；
m步骤S606，在逆变输出电压相位0k时刻，发出PWM下降沿，开始下一个PWM周期。图7是根据本发明优选实施例的从机通过捕获PWM信号的上升沿和下降沿获取主机UPS逆变输出电压的频率和相位的流程图，如图7所示，该流程包括如下步骤步骤S702，捕获PWM信号下降沿，记录当前时刻L ；步骤S704，捕获PWM信号上升沿，记录当前时刻t2 ；步骤S706，捕获PWM信号第二次下降沿，记录当前时刻丨3，则PWM周期Tpwm = t3_t1;占空比D 由此可得到主机UPS逆变输出电压的频率及在t3时刻的
Km tPWM
Ojr
相位％机,3 = —Km+1)^ -1]；m需要说明的是，如果上述主机PWM信号占空比计算公式不同，则这里只需要改变相应公式就可以得到主机相位。步骤S708，计算t3时刻之后，下一次PWM下降沿之前(即两次下降沿之间)的任意时刻t的逆变输出电压的相位。t3时刻之后，下一次PWM下降沿之前(即两次下降沿之间)的任意时刻t，从机UPS可以通过下面计算公式计算得到主机UPS在任意时刻t的逆变输出电压的相位^主机t = Θ主机t3+2 τι fINV · to以下以在单相UPS系统中应用为例进行说明。图8是根据本发明优选实施例的主机UPS的逆变输出波形及并联线上的PWM波形示意图，需要说明的是，在应用中，m的取值可以是任意整数，m的值越大，其锁相的速度越快，精度也越高。为了更清楚的对该过程进行说明，在本优选实施例中取η = 6。下面结合图8对主机UPS的逆变输出波形及并联线上的PWM波形进行说明。第I个PWM周期的逆变输出电压的初始相位和结束相位为第I个PWM周期的
逆变输出电压的初始相位为
权利要求
1.一种电源的同步锁相方法，所述电源包括主机和从机，所述主机和所述从机并联连接， 其特征在于包括以下步骤 所述主机发出带有自身相位和频率的脉冲宽度调制PWM信号，其中，fPM = m · fINV, fPWM为所述PWM信号的频率，fINV为所述主机输出电压的频率,m为整数，所述主机的每个输出电压周期内有m个PWM周期，分别为PWMtl, PWM1,……，PWMnri ； 所述从机获取所述PWM信号，并根据所述PWM信号的频率和相位得到所述主机的频率和相位。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述主机发出一个带有自身相位和频率的PWM信号包括 所述主机在第k个周期结束、第k+Ι个周期开始的时刻发出所述PWM信号，在所述时 亥|J，所述主机的输出电压相位为0,，其中
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述PWM信号为不对称信号，所述m个PWM周期中的每个PWM周期发出的PWM信号的占空比均不相同，所述不同的占空比对应不同的所述主机的输出电压的相位。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第k个PWM周期的占空比Dk与为
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在所述PWM信号为高电平有效的情况下， 所述主机发出带有自身相位和频率的脉冲宽度调制PWM信号包括如下步骤在所述主机的输出电压的相位为θ η的时刻，发出所述PWM信号的下降沿，计算第k个PWM周期的 O JT占空比Dk;在所述主机的输出电压的相位为
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，t3时刻之后，第三次PWM下降沿之前的任意时刻t，所述主机UPS在所述任意时刻t输出电压的相位为Θ主机t = Θ主机t3+2 JI fINV .t。
7.一种电源，包括主机和从机，所述主机和所述从机并联连接，其特征在于 所述主机包括发出模块，用于发出带有自身相位和频率的脉冲宽度调制PWM信号，其中，fPWM = m · fINV, fPWM为所述PWM信号的频率，fINV为所述主机输出电压的频率，m为整数，所述主机的每个输出电压周期内有m个PWM周期，分别为PWMtl, PWM1,……，PWMlrt ； 所述从机包括获取模块，用于所述从机获取所述PWM信号；得到模块，用于根据所述PWM信号的频率和相位得到所述主机的频率和相位。
8.根据权利要求7所述的电源，其特征在于，所述发出模块用于在第k个周期结束、第k+Ι个周期开始的时刻发出所述PWM信号，在所述时刻，所述主机的输出电压相位为0k，其 中，
9.根据权利要求7或8所述的电源，其特征在于，所述PWM信号为不对称信号，所述m个PWM周期中的每个PWM周期发出的PWM信号的占空比均不相同，所述不同的占空比对应不同的所述主机的输出电压的相位。
10.根据权利要求9所述的电源，其特征在于，在所述PWM信号为高电平有效的情况下，所述发出模块包括第一发出模块，用于在所述主机的输出电压的相位为9^的时刻，发出所述PWM信号的下降沿；计算模块，用于计算第k个PWM周期的占空比Dk;第二发出模块， 用于在所述主机的输出电压的相位为
11.一种电源，包括主机和从机，所述主机和所述从机并联连接，其特征在于 所述主机，用于发出带有自身相位和频率的脉冲宽度调制PWM信号，其中，fPWM =m*fINV, fPWM为所述脉冲宽度调制信号的频率，fINV为所述主机输出电压的频率，m为整数，所述主机的每个输出电压周期内有m个PWM周期，分别为PWMtl, PWM1,……，PWMnri ； 所述从机，用于所述从机获取所述PWM信号，并根据所述PWM信号的频率和相位得到所述主机的频率和相位。
全文摘要
本发明公开了一种电源的同步锁相方法及电源，电源包括主机和从机，主机和从机并联连接，该方法包括以下步骤主机发出带有自身相位和频率的脉冲宽度调制PWM信号，其中，fPWM＝m·fINV，fPWM为脉冲宽度调制信号的频率，fINV为主机输出电压的频率，m为整数，主机的每个输出电压周期内有m个PWM周期，分别为PWM0，PWM1，……，PWMm-1；从机获取PWM信号，并根据PWM信号的频率和相位得到主机的频率和相位。通过本发明提高了从机的锁相速度与精度。
文档编号H03K5/13GK102801403SQ201110137798
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者陈景熙 申请人:中兴通讯股份有限公司