一种权电阻网络参考正弦发生器

一种权电阻网络参考正弦发生器

摘要：提出了一种权电阻参考正弦发生器，介绍了单相、三相参考正弦的产生原理和电路设计。最后给出了电路、各级波形。该电路具有成本低、简单、可靠性高等优点。

关键词：参考正弦权电阻正弦脉宽调制

1引言

正弦脉宽调制器是静止变频器控制电路中的核心单元。其中正弦波发生器又是关键，因为参考（或称样本）正弦波形的好坏，直接影响着逆变器输出波形失真度、幅值和相位对称性的质量。其产生方式又关系到变频器是否具有灵活快捷调节输出电压、频率的功能。

由DYNEX公司生产的SA××××系列大规模专用集成电路与80C196MC/MD单片机等构成的正弦脉宽调制器，具有集成度高，硬件结构简单等优点，但其价格高，需要专用开发装置，交叉汇编，软件设计复杂。而采用EPROM和D/A产生参考正弦，也是一种较流行的办法，但是EPROM工作电压低（＋5V）与其相关的电路均要采用＋5V供电，不便于同其它电路（CMOS，线性集成电路）的电平相匹配，而且TTL电平的抗干扰容限也低。

本文介绍一种加权电阻网络合成正弦波脉宽调制器的工作原理及有关参数的设计。

2参考正弦产生原理

图1为一反相比例运算放大器

u0=um(1)

若Ri为一可编程电阻，那么AV为可编程增益放大器。设：Ri=i=0,1,2……（mf－1)(2)

则u0=umsin(ωti)（略去负号）

Ri称为加权电阻，Ri与采样时刻ωti有关，i为采样序号。um为正弦波的幅值。mf为频率调制比，mf越高，参考正弦的阶梯数越多，越接近理想的正弦波。实际上，mf也不必选取过大，因为过高的开关频率将使功率器件开关损耗增大，另一方面mf选取过大使权电阻数增多，给电阻值选取也带来一定的困难，通常mf?10即可。

3单相参考正弦发生器

单相全桥变频器通常采用两路相位相反的正弦调制波，mf为偶数。这样逆变桥输出可得到倍频效果。第一组谐波集中在2fs频率附近[1][2]，有利于滤波输出。权电阻为Ri=i=0,1,2……INT()(3)

图2单相参考正弦波发生器

图3单极性三相正弦波

图4三相T/6正弦波形发生器

其中，INT（）表示取整数。

由于正弦波的对称性，仅算出T/4(T为调制波周期）的权电阻即可。mf=30的一种电路如图2所示。u0为半波正弦，由此可得到两路反相的双极性的正弦调制波。

4三相参考正弦发生器

观察三相单极性正弦波可以发现，每T/6的波形是重复的，如图3所示。因此要得到三相正弦调制波形，只要具备T/6的波形信息，就可以拼接出完整的三相正弦调制波形。这样作的优点是可以减小权电阻的数目，拼接可由集成电路完成，利于制作调试。三相逆变器mf的选取原则是：mf为奇数，且为3的倍数[3]。当mf=27时，一种产生三相T/6波形电路如图4所示。由此可得完整的三相正弦波调制波形。

权电阻Ri为：Ri=i=0,1,2……INT（）（4）

图4表明，三相仅用了7只权电阻。其中R7=RF，剩下6只电阻是极易选配的，要达到1％以上的精度并不困难。R5分为两只相等的电阻，是为了避免多个通道同时选中时产生的并联效应。由于篇幅关系，三相正负半周对称的正弦调制波生成办法不再一一赘述，仅给出有关时序图（图5）和逻辑表达式：（5）

其中一相的输出波形见图6。

5正弦脉宽调制

权电阻网络的输入电压（um）可由变频器的电压反馈调节电路（PID）提供，可以很方便地控制参考正弦的幅值（ma），实现正弦调宽的目的。正弦波调制信号产生以后，选择适当的PWM集成芯片（例如MC3520，UC3637等）就可以构成完整的正弦脉宽调制器了，本文不再一一述及。

图5时序及波形关系图

6结语

本文提出的权电阻网络正弦脉宽调制器，使用的权电阻少，容易实现。三相正弦调制波共用一组加权电阻，三相的一致性好（相位、幅值），可方便快捷地实现调频、调压。可派生不同调制频率fo和不同频率调制比mf的正弦脉宽调制器。该电路突出的优点是简单、实用、成本低、可靠性高。对于中小功率的变频器仍不失为一种良好的选择。该电路已应用到小功率的静止变频电源中。

图6权电阻网络正弦脉宽发生器其中一相的输出波形

参考文献

1张立等.现代电力电子威廉希尔官方网站 .科学出版社，1993

2张一工等.现代电力电子威廉希尔官方网站 原理与应用.科学出版社，1999

3王兆安等译.电力半导体变流电路.机械工业出版社，1993

4吴保芳等.一种高性能的正弦脉宽调制器.电气传动，1999（4）