[發明專利]一種基于SPMW的信號發生器

無效

• 申請號: 201310329978.8
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103391073A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 樓志斌;郭佳偉;吳維華;徐明潔;訾友暢
• 申請（專利權）人: 上海儀器儀表研究所
• 主分類號: H03K7/08
• 分類號: H03K7/08
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 張民華

技術領域

本發明涉及一種信號發生器，尤其涉及一種在結合DDS，FPGA，MCU等芯片的先進技術基礎上，采用硬件調制法把所希望的波形作為調制信號，把接受調制的信號作為載波，通過對載波的調制得到所期望的SPWM波形的基于SPMW的信號發生器。

背景技術

PWM（Pulse?Width?Modulation）脈沖寬度調制，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。

SPWM（Sinusoidal?Pulse?Width?Modulation）正弦規率脈沖寬度調制，就是在PWM的基礎上改變了調制脈沖方式。SPWM的脈沖寬度時間占空比按正弦規率排列，這樣輸出波形經過適當的濾波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流交流逆變器等，比如高級一些的UPS。三相SPWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領域被廣泛的采用。

隨著電子技術的發展，出現了多種PWM技術，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等。PWM控制的基本原理很早就已經提出，但是受電力電子器件發展水平的制約，在上世紀80年代以前一直未能實現。直到進入上世紀80年代，隨著全控型電力電子器件的出現和迅速發展，PWM控制技術才真正得到應用。隨著電力電子技術，微電子技術和自動控制技術的發展以及各種新的理論方法，如現代控制理論，非線性系統控制思想的應用，PWM控制技術獲得了空前的發展。到目前為止，已出現了多種PWM控制技術，根據PWM控制技術的特點，到目前為止主要有以下幾類方法：相電壓控制PWM、線電壓控制PWM、電流控制PWM、矢量控制PWM等。

SPWM法是相電壓控制PWM中的一種控制方法。SPWM法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。采樣控制理論中有一個重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。SPWM法就是以該結論為理論基礎，用脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區間內的面積相等，通過改變調制波的頻率和幅值則可調節逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。

雖然SPWM技術已在諸多領域中得到肯定和應用，但較經典的正弦波等信號尚未有可任意設置覆蓋實際應用需要的SPWM信號發生器。

SPWM控制技術主要應用在電力電子技術行業，包括太陽能發電、風力發電、電機調速、直流供電、逆變電源等領域，由于其四象限變流的特點，可以反饋再生制動的能量，對于目前國家提出的節能減排具有積極意義。

SPWM具有輸出波形中低次諧波含量低、噪聲小等優點，已為交流傳動、UPS系統、變頻調壓電源和不間斷電源中得到了廣泛的應用，在允許的范圍內提高載波頻率是充分發揮脈寬調制優越性的努力方向，而提高PWM數字信號的控制精度亦是改善輸出波形質量的重要環節。目前各行各業對電氣設備的控制性能日益提高，對SPWM信號的控制精度要求也越來越高。但是當前市場上并沒有專用的SPWM信號發生器，所以本課題的成果在相關領域中具有重大作用。可供相關領域中在SPWM應用中提供專業工具，能提供全方位試驗支持，將縮短相應產品的研制周期及性能的提高。

傳統的采用模擬電路進行控制的手段，它雖然具有很好的實時性，但硬件電路實現相當復雜、可修改性差、控制不夠靈活、穩定性差、受環境影響大。數字化控制具有速度快、控制精度高以及控制方案靈活的優點，并且可以利用較少的器件獲得更理想的結果，因此具有很高的應用價值。

SPWM法的實現有以下幾種方案：

（1）、等面積法

該方案實際上就是SPWM法原理的直接闡釋，用同樣數量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波，然后計算各脈沖的寬度和間隔，并把這些數據存于微機中，通過查表的方式生成PWM信號控制開關器件的通斷，以達到預期的目的。由于此方法是以SPWM控制的基本原理為出發點，可以準確地計算出各開關器件的通斷時刻，其所得的波形很接近正弦波，但其存在計算繁瑣，數據占用內存大，不能實時控制的缺點。

（2）、硬件調制法