一种插入可变死区时间的ＰＷＭ互补输出方法技术

一种插入可变死区时间的ＰＷＭ互补输出方法，属三相桥式逆变电路控制技术。由三组相同控制电路实现，每组电路包括边沿检测单元、死区时间设定寄存器、计数器单元、死区时间插入单元和输出互补信号的两个Ｄ触发器。边沿检测单元先检测ＰＷＭ输入信号，当波形变化时，产生边沿变化标志信号ＣＦ，计数器输出值的每一位相或后，再和ＣＦ相或，得到计数器使能控制信号，在计数器单元中计数到与设定值相等时，其计数值同步复位到０，死区时间插入单元依ＥＮ修改ＰＷＭ输入信号，在ＰＷＭ输入信号上插入死区经Ｄ触发器消除毛刺后，得到互补ＰＷＭ信号输出。本发明专利技术电路简单，死区时间宽范围可调，适于集成到带ＰＷＭ波形产生器的微控制器中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种插入可变死 区时间的PWM互补输出方法属三相桥式逆变电路控 制

技术介绍
PWM是Pulse Width Modulation的缩写，即脉冲宽度调制，它是利用微处理器的数 字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到变频电 源与控制的许多领域中。在正弦脉宽调制式(SPWM)变频电路中，使用最多的是如图1所示的三相桥式逆变 电路，由六个逆变管(IGBT)组成三相逆变桥，在逆变的过程中，互补的PWM信号控制同一桥 臂的两个逆变管总是处在不停地交替导通和截止状态，以U相为例，在互补PWM信号UH和 UL的控制下，由Tl导通时，T2截止，转化为Tl截止时，T2导通，如此反复，从而实现直流转 化为交流。在交替过程中，一旦出现一管尚未完全截止，而另一管已经开始导通的状况，将 立即引起直流高压经Tl和T2的直流，相当于短路，Tl和T2必将立即被损坏。为避免以上 的现象的出现，在交替的SPWM控制电路中，必须留出一定的死区时间。死区是为保护开关 器件安全、可靠运行而必须采取的措施。死区时间应根据器件导通、关断速度确定。但是如 果原始信号比较宽，死区时间比较短，则容易使逆变电路因电流过大造成支路和输出短路， 并使过流保护变得困难，但是若原始信号变窄，死区时间过长，将引起调制过程的非线性， 从而影响逆变后输出电压的波形和数值。那么由于PWM原始脉冲宽度在驱动三相桥式逆变 电路时是变化的，则死区时间也有时会做相应的微调。如果死区时间通过由死区时间设定 寄存器决定，其可以通过程序在微处理器里面进行灵活调整，这种方式可增加运行的可靠 性及灵活性。可变死区时间的插入方法见《电子技术应用》2001年第一期73页到74页的 《基于FPGA的三相PWM发生器》。其逻辑实现采用一个加法器、一个减法器及多个比较器实 现了可变死区时间的插入，这种逻辑实现的方法比较复杂，所用门数比较多，对于降低成本 构成不利的影响。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷和不足，本专利技术提供一种插入可变死区时间的PWM互补 输出方法。本专利技术是通过以下的技术方案来完成的一种插入可变死区时间的PWM互补输出方法，它是由三组相同的控制电路来实现 的，其中每组控制电路包括边沿检测单元、死区时间设定寄存器、计数器单元、死区时间插 入单元和输出互补PPWM和NPWM信号的两个D触发器；边沿检测单元包括D触发器和异或 门，PWM输入信号输入端分别连接到D触发器的数据输入端和异或门的一个输入端，时钟信 号CLK输入端连接到D触发器时钟输入端，D触发器的数据输出端连接到异或门的另一个 输入端；计数器单元包括加法计数器、或门和比较器，加法计数器的输出端分别连接到或门和比较器的输入端，同时死区时间设定寄存器输出端连接到比较器的另一个输入端，比较 器的输出端连接到加法计数器的同步复位端，边沿检测单元的异或门输出端连接到或门的 另一个输入端，或门的输出端连接到加法计数器的使能端，时钟信号CLK输入端连接到加 法计数器的时钟输入端；死区时间插入单元包括非门、与门和或非门，PWM输入信号的输入 端分别连接到与门和或非门的输入端，计数器单元的或门输出端连接到非门的输入端和或 非门的另一个输入端，非门的输出端连接到与门的另一个输入端；死区时间插入单元中的 与门输出端连接到输出PPWM信号的D触发器输入端，或非门输出端连接到输出NPWM信号 的D触发器输入端，时钟信号CLK输入端分别连接到上述的两D触发器的时钟输入端，两D 触发器的输出端输出PPWM和NPWM信号，该方法步骤如下1、将上述三组控制电路中的两个D触发器的输出端分别连接到三相桥式逆变电路中的六个逆变管IGBT的基极上，在三组控制电路PWM输入端上分别提供相应的PWM输入 信号PWM_IN，接通电源后开始工作；2、PWM输入信号PWM_IN输入到边沿检测单元中，在边沿检测单元中，PWM_IN通过 一个D触发器产生锁存后的信号与PWM输入信号PWM_IN进行异或产生边沿变化标志信号 CF；3、计数器单元中，加法计数器的计数值每一位相或后，再与步骤2提供的边沿变 化标志信号CF相或，产生有效的加法计数器使能信号EN ；比较器对加法计数器计数值与所 述的死区时间设定寄存器设定值进行比较，当相等时，产生有效的计数器同步复位信号；力口 法计数器以时钟CLK为加法计数器时钟信号，在加法计数器使能信号EN有效时，加法计数 器开始递增计数，当加法计数器的同步复位信号有效时，即加法计数值与所述的死区时间 寄存器设定值相等时，加法计数器同步复位到0值，重新从0重新开始计数，如此反复；加法 计数器单元输出的计数器使能信号EN同时提供给死区时间插入单元使用；4、死区时间插入单元对步骤1中的PWM输入信号PWM_IN和步骤3中提供的加法 计数器使能信号EN根据逻辑表达式PPWM_G=PWM_IN&1^或其等价逻辑表达式产生一 路有毛刺的互补PWM信号PPWM_G，同时根据逻辑表达式NPWM_G=PWM_IN|EN或其等价 逻辑表达式产生另一路有毛刺的互补PWM信号NPWM_G ；5、一个D触发器对步骤4得到的一路有毛刺的互补PWM信号PPWM_G根据时钟信 号CLK进行锁存，输出无毛刺的一路互补PWM信号PPWM ；另一个D触发器对步骤4中得到 的另一路有毛刺的互补PWM信号NPWM_G根据时钟信号CLK进行锁存，输出另一路无毛刺的 互补PWM信号NPWM，从而完成可变死区时间的PWM互补输出。本专利技术方法中各单元部件的功能和作用如下边沿检测单元用于检测PWM输入信 号PWM_IN变化；死区时间设定寄存器用于设定加法计数器计数最大值的比较基准值；计数 器单元用于对时钟信号CLK计数；死区时间插入单元用于在所述的PWM输入信号PWM_IN上 插入死区；两个D触发器用于消除PWM互补信号上的毛刺。其中边沿检测单元输入PWM输 入信号PWM_IN，输出边沿检测信号CF，提供给计数器单元作为控制信号；死区时间设定寄 存器为计数器单元提供死区时间设定值；计数器单元根据所述的边沿检测信号CF和所述 的死区时间设定值，对时钟信号CLK进行计数，输出计数器使能信号EN，并提供给死区时间 插入单元使用；死区时间插入单元根据所述的计数器使能信号EN在所述的PWM输入信号 PWM_IN上插入死区时间，输出有毛刺的互补P丽信号PPWM_G和NPWM_G。两个D触发器输入有毛刺的互补PWM信号PPWM_G和NPWM_G，输出无毛刺的互补PWM信号PWM和NPWM。本专利技术控制电路不仅能应用于三相桥式逆变电路上，而且采用如图2所示的一组 控制电路还能应用于单相半桥逆变电路上。本专利技术方法使用电路结构简单，使用门数少，死区时间根据寄存器设定值可调，特 别适合于集成到带有PWM波形发生器的微控制器中。附图说明图1是本专利技术所控制的三相桥式逆变电路的主电路结构示意图。其中!1、12、13、14、15、16为六个功率开关器件1681\各由一个续流二极管反接 并联，整个逆变电路由三相整流器提供直流电压ud供电，输出包括U相，W相和V相的三相 交流电，提供给三相负载使用，UH和UL、WH和WL、VH和VL为三对互补的PWM信号，分别控 制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种插入可变死区时间的ＰＷＭ互补输出方法，它是由三组相同的控制电路来实现的，其中每组控制电路包括边沿检测单元、死区时间设定寄存器、计数器单元、死区时间插入单元和输出互补ＰＰＷＭ和ＮＰＷＭ信号的两个Ｄ触发器；边沿检测单元包括Ｄ触发器和异或门，ＰＷＭ输入信号输入端分别连接到Ｄ触发器的数据输入端和异或门的一个输入端，时钟信号ＣＬＫ输入端连接到Ｄ触发器时钟输入端，Ｄ触发器的数据输出端连接到异或门的另一个输入端；计数器单元包括加法计数器、或门和比较器，加法计数器的输出端分别连接到或门和Ｇ；５）、一个Ｄ触发器对步骤４）得到的一路有毛刺的互补ＰＷＭ信号ＰＰＷＭ＿Ｇ根据时钟信号ＣＬＫ进行锁存，输出无毛刺的一路互补ＰＷＭ信号ＰＰＷＭ；另一个Ｄ触发器对步骤４）中得到的另一路有毛刺的互补ＰＷＭ信号ＮＰＷＭ＿Ｇ根据时钟信号ＣＬＫ进行锁存，输出另一路无毛刺的互补ＰＷＭ信号ＮＰＷＭ，从而完成可变死区时间的ＰＷＭ互补输出。比较器的输入端，同时死区时间设定寄存器输出端连接到比较器的另一个输入端，比较器的输出端连接到加法计数器的同步复位端，边沿检测单元的异或门输出端连接到或门的另一个输入端，或门的输出端连接到加法计数器的使能端，时钟信号ＣＬＫ输入端连接到加法计数器的时钟输入端；死区时间插入单元包括非门、与门和或非门，ＰＷＭ输入信号的输入端分别连接到与门和或非门的输入端，计数器单元的或门输出端连接到非门的输入端和或非门的另一个输入端，非门的输出端连接到与门的另一个输入端；死区时间插入单元中的与门输出端连接到输出ＰＰＷＭ信号的Ｄ触发器输入端，或非门输出端连接到输出ＮＰＷＭ信号的Ｄ触发器输入端，时钟信号ＣＬＫ输入端分别连接到上述的两Ｄ触发器的时钟输入端，两Ｄ触发器的输出端输出ＰＰＷＭ和ＮＰＷＭ信号，该方法步骤如下：１）、将上述三组控制电路中的两Ｄ触发器的输出端分别连接到三相桥式逆变电路中的六个逆变管ＩＧＢＴ的基极上，在三组控制电路ＰＷＭ输入端上提供相应的ＰＷＭ输入信号ＰＷＭ＿ＩＮ，接通电源后则开始工作；２）、ＰＷＭ输入信号ＰＷＭ＿ＩＮ输入到边沿检测单元中，在边沿检测单元中，ＰＷＭ＿ＩＮ通过一个Ｄ触发器产生锁存后的信号与ＰＷＭ输入信号ＰＷＭ＿ＩＮ进行异或产生边沿变化标志信号ＣＦ；３）、计数器单元中，加法计数器的计数值每一位相或后，再与步骤２）提供的边沿变化标志信号ＣＦ相或，产生有效的加法计数器使能信号ＥＮ；比较器对加法计数器计数值与所述的死区时间设定寄...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李惠军，吴胜龙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]