一種晶閘管整流器驅動波形的產生方法及其驅動電路的制作方法
【專利摘要】一種晶閘管整流器驅動波形的產生方法，包括以下步驟，采集電網電壓信號，利用鎖相環跟隨所述電網電壓并輸出與所述電網電壓同向的正弦信號；根據所述正弦信號計算得到對應晶閘管驅動橋臂的參考波形；計算所述參考波形實際過零點時間與對應的PWM中斷時間的時間差；根據所述時間差，調整PWM中斷時間，使PWM控制波與所述參考波形同步；根據所述PWM控制波輸出雙窄脈沖驅動波控制對應晶閘管驅動橋臂上的上下晶閘管的工作。本方案實現了PWM控制波的實現高精度發波，對所述晶閘管的導通時間控制更加精確，有效提高了晶閘管整流器的工作精度和工作穩定性。
【專利說明】一種晶閘管整流器驅動波形的產生方法及其驅動電路
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電子電路控制領域，特別涉及一種晶閘管整流器驅動波形的產生方法 及其驅動電路。
【背景技術】
[0002] 在工業生產中，晶閘管整流器廣泛應用于交流調速軟啟動系統，尤其是大功率應 用場合中，其性能直接影響系統的運行指標。而驅動信號產生電路是三相晶閘管電路的核 心控制部分，傳統的晶閘管整流或逆變系統采用的模擬脈沖觸發器使用多個的模擬器件， 器件參數較為分散，不僅調試和使用不便，而且產生的脈沖對稱性差，同時模擬信號直接控 制芯片的管腳，因此不能使用中斷工作方式，因為中斷會打斷模擬發波程序導致發波失效， 限制了控制芯片的資源不能得到有效利用。因此，現有的晶閘管整流器的驅動信號開始轉 向PWM控制信號，通過一個同步信號，利用DSP芯片產生的PWM控制信號能夠直接跟隨電網 電壓的相位，產生精確的驅動信號，從而驅動晶閘管的工作。
[0003] 在實際的PWM驅動電路工作的過程中，DSP判斷參考波形的過零點產生中斷的時 間會滯后于參考波形的實際過零點時間，因此實際中斷發波時間與交流正弦波電壓的過零 點時間存在延時誤差，雖然該延時誤差很小，但還是會影響整個電路系統的工作穩定性。
【發明內容】
[0004]本發明旨在解決現有技術中PWM波形與參考正弦波的不能同步，實際中斷發波時 間與交流正弦波電壓的過零點時間存在延時誤差的技術問題，提供一種晶閘管整流器驅動 波形的產生方法，實現PWM波形的高精度發波。
[0005] ^發明的實施例提供一種晶閘管整流器驅動波形的產生方法，包括以下步驟，
[0006] 采集電網電壓信號，利用鎖相環跟隨所述電網電壓并輸出與所述電網電壓同向的 正弦信號；
[0007]根據所述正弦信號計算得到對應晶閘管驅動橋臂的參考波形；
[0008]計算所述參考波形實際過零點時間與對應的PWM中斷時間的時間差；
[0009]根據所述時間差，調整PWM中斷時間，使PWM控制波與所述參考波形同步；
[0010]根據所述PWM控制波輸出雙窄脈沖驅動波控制對應晶閘管驅動橋臂上的上下晶 閘管的工作。
[0011]進一步地，所述采集電網電壓信號，利用鎖相環跟隨所述電網電壓并輸出與所述 電網電壓同向的正弦信號的步驟具體包括：
[0012]采集線電壓Uab，利用鎖相環跟隨線電壓Uab，鎖相環輸出與所述線電壓同向的正 弦信號sin Θ。
[0013]進一步地，根據所述正弦信號計算得到對應晶閘管驅動橋臂的參考波形的步驟具 體包，：根據所述正弦信號sin Θ，得到晶閘管驅動橋臂A的參考波形U，a = sin ( Θ -60), 晶閘管驅動橋臂B的參考波形u，b = sin(0-l8〇)，晶閘管驅動橋臂C的參考波形U， sin(θ-300)o
[0014] 進一步地，計算所述參考波形實際過零點時間與對應的PWM中斷時間的時間差的 步驟具體包括：
[0015]計算發現參考波形過零時刻與真實參考波形過零時刻的相位差Λ Θ ;
[0016] 根據所述參考波形的周期DPTR計算Δ Θ所對應的時間差ΔΤν = Μχ ￡^77?。 2π
[0017] 進一步地，根據所述時間差，調整PWM中斷時間，使PWM控制波與所述參考波形同 步的步驟具體包括：
[0018] 計算所述參考波形真實過零點所對應的PWM計數器值NzeroNzero = Δ N+Nr，其中 Nr是中斷產生時刻與發現過零時刻之間的計數值；
[0019] 根據Nzero調整所述PWM計數器使輸出的PWM控制波與所述參考波形相位同步。 [0020]進一步地，根據所述PWM控制波輸出雙窄脈沖驅動波控制對應晶閘管驅動橋臂上 的上下晶閘管的工作的步驟具體包括：
[0021]當PWM控制波在上升沿時，其波形的幅值與預設A值相等時，對應晶閘管驅動橋臂 上其中一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值到達最大振幅時對應的驅動信號清零；
[0022]當PWM控制波在下降沿時，其波形的幅值與預設B值相等時，對應晶閘管驅動橋臂 上另一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值為零時，控制對應的驅動信號清零；
[0023] 其中，所述PWM控制波的最大振幅等于A值與B值之和，所述兩個驅動信號相差 180。。
[0024] 進一步地，所述PWM控制波為三角波。
[0025]本發明的實施例還提供一種晶閘管整流器驅動電路，所述晶閘管整流器包括晶閘 管驅動橋臂，所述驅動電路包括，
[0026] 交流信號采集模塊，用于采集電網電壓；
[0027]同步信號采集模塊，用于采集根據電網電壓得到的對應晶閘管驅動橋臂的同步參 考波形；
[0028] DSP模塊，用于根據所述同步參考波形的周期時間、過零點時間及PWM中斷時間調 整其內設的PWM計數器，使輸出的PWM控制波與所述參考波形同步；
[0029] CPLD模塊，用于根據所述PWM控制波產生雙窄脈沖驅動波控制對應晶間管驅動橋 臂上的上下晶閘管工作。
[0030] 進一步地，所述DSP模塊內部還設有第一計數器，
[0031]所述第一計數器，用于根據所述同步參考波形的周期時間、發現過零點時刻及PWM 中斷時刻計算所述同步參考波形的實際過零點時刻，并根據所述同步參考波形的實際過零 點時刻調整PWM計數器。
[0032] 進一步地，所述CPLD模塊包括第一寄存器和第二寄存器；
[0033] 第一寄存器具有預設值A，當PWM控制波在上升沿時，其波形的幅值與預設值A相 等時，控制對應晶閘管驅動橋臂上其中一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值到達最大振幅 時，控制該驅動信號清零；
[0034] 第二寄存器具有預設值B，當PWM控制波在下降沿時，其波形的幅值與預設值B相 等時，控制對應晶閘管驅動橋臂上另一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值為零時，控制對應 的驅動信號清零；
[0035] 其中，所述預設值A與預設值B相加之和等于所述PWM控制波的最大振幅，所述兩 個驅動信號相差180°。
[0036] 以上所述技術方案，通過計算所述參考波形實際過零點時間與對應的PWM中斷時 間的時間差，并根據所述時間差，調整PWM中斷時間，使PWM控制波與所述參考波形同步，實 現了 PWM控制波的實現高精度發波，對所述晶閘管的導通時間控制更加精確，有效提高了 晶閘管整流器的工作精度和工作穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發明一種實施例的晶閘管整流器驅動波形產生方法的控制流程圖；
[0038] 圖2是本發明一種實施例的參考波形與電網線電壓波形之間的關系圖；
[0039] 圖3是本發明一種實施例的參考波形過零點時刻與發現過零點時刻對應的關系 圖；
[0040] 圖4是本發明一種實施例的PWM三角波與雙窄脈沖驅動波的關系圖；
[0041] 圖5是本發明一種實施例的晶閘管整流器驅動電路的結構框圖。
【具體實施方式】
[0042] 為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合 附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用 以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0043] 晶閘管的驅動信號一般有兩種形式，一種是寬脈沖觸發，另一種是雙窄脈沖觸發。 本發明由DSP產生寬脈沖觸發信號，通過CPLD組合后可以產生雙窄脈沖驅動信號，具體實 施例如圖1所示，本發明提供一種晶閘管整流器驅動波形的產生方法，包括：
[0044] 步驟S100,采集電網電壓信號，利用鎖相環跟隨所述電網電壓并輸出與所述電網 電壓同向的正弦信號；
[0045] 步驟S200,根據所述正弦信號計算得到對應晶閘管驅動橋臂的參考波形；
[0046] 步驟S300,計算所述參考波形實際過零點時間與對應的PWM中斷時間的時間差；
[0047] 步驟S400,根據所述時間差，調整PWM中斷時間，使PWM控制波與所述參考波形同 步；
[0048] 步驟S5〇0,根據所述PWM控制波輸出雙窄脈沖驅動波控制對應晶閘管驅動橋臂上 的上下晶閘管的工作。
[0049]如圖2所示，在晶閘管整流器驅動波形的產生方法的具體控制中，晶閘管驅動信 號如果以相電壓為參考波，控制角度從30?150度變化，如果以線電壓為參考波，控制角度 從60?120度變化，優選地，本發明晶閘管的驅動信號以電網線電壓Uab為參考波形，實際 的操作過程中，也可以以電網電壓Ubc或Uca為參考波形。
[0050]因此，所述步驟S100具體包括，采集電網線電壓Uab，為了提高了系統穩定性，本 發明利用鎖相環跟隨線電壓Uab，鎖相環輸出正弦值sine與所述線電壓uab同向，Θ角度 是從0? 2 π變化，因此，可以得到晶閘管整流器驅動橋中a、B、C橋臂的參考電壓波形，這 里所述的A橋臂對應的是A相電壓，B橋臂對應的是B相電壓，C橋臂對應的是 C相電壓。 ______________ 火
[0051]其中，所述步驟s2〇0進一步包括：根據所述正弦信號si n 0得到驅動橋臂Α、 驅動橋臂B及驅動橋臂C的參考波形，因此，橋臂a的參考波形就是θ-6〇度的u,= Μη(θ-60)，橋臂Β的參考波形就是θ_18〇度的u，b=sin(e- 18〇)，橋臂c的參考士形 就是0-3〇〇度的^、。= ^11(0-3〇〇)，橋臂奴橋臂3及橋臂(：的參考波形互差 12〇。，八相 控制角度是從W a過零點開始的uo。范圍，b相控制角度是從u，b過零點開始的12〇C) 范圍，C相控制角度是從U'。過零點開始的uo。范圍，只要使控制角度處在變化范圍內就 可以實現晶閘管的精確驅動發波。
[0052]進一步地，結合圖3所示，所述步驟S300具體包括：
[0053]計算發現參考波形過零時刻與真實參考波形過零時刻的相位差δ Θ ;
[0054]根據所述參考波形的周期DPTR計算Δ Θ所對應的時間差減 2m
[0055]內部參考波^產生以后，為了實現PWM發波，需要調整內部PWM計數器使之與參考 波形同步，因此需要采用高精度同步調整設計，如圖3所示，通過判斷參考波形的過零點， 修改當前PWM計數器的值，使之與真正過零點匹配達到同步調整的目的。計算δ θ時，需 要內部計數器配合，要求計數器周期大于參考正弦波的周期，當程序發現過零點時，實際已 經過了參考波的真實過零點，因此需要計算出發現過零時刻與真實參考波過零時刻的相位 差Δ Θ，相位差Λ Θ對應的時間差是與正弦波周期相關的因此需要測量參考正弦波的周 期。
[0056] 利用DSP內部的一個計數器作為正弦波周期的時間基準，本實施例中該計數器采 用減計數方式，發現參考波過零時刻讀取計數器的值加上相位差Δ Θ所對應的計數器值 就是真實過零時刻計數器的值。
[0057]因為相鄰兩次真實過零點計數值差就是參考正弦波的周期計數值。Δ Θ對應的 Δ沒 計數器等于ΔΝ，DP77?其中DPTR是參考正弦波的周期映射到計數器上的計數 值，DPTR = NzeroOld-Nzero,其中Nzero真實過零點對應的計數值，NzeroOld是前一個周 期過零點對應的計數值，Nzero = ΛΝ+Nr，其中Nr是中斷產生時刻與發現過零時刻之間的 計數值，主要作用是對ΛΝ進行修正，求出ΔΝ后就可以知道真實過零點其所對應的PWM計 數器值，發現過零點后修改PWM計數器值就可以實現PWM計數器值與正弦參考波的相位同 步。
[0058] 因此，所述步驟S400具體包括以下步驟：
[0059] 計算所述參考波形真實過零點所對應的PWM計數器值Nzero Nzero = Δ N+Nr，其 中Nr是中斷產生時刻與發現過零時刻之間的計數值；
[0060] 根據Nzero調整所述PWM計數器使輸出的PWM控制波與所述參考波形相位同步。
[0061] 本實施例中，所述PWM控制波為三角波，經過調整后，所述三角波的周期與參考波 形的周期相同，而且保持同步。
[0062] 如圖4所示，在所述步驟S5〇〇中，當PWM控制波在上升沿時，其波形的幅值與預設 A值相等時，對應晶閘管驅動橋臂上其中一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值到達最大振幅 時對應的驅動信號清零；
[0063] 當PffM控制波在下降沿時，其波形的幅值與預設B值相等時，對應晶閘管驅動橋臂 上另一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值為零時，控制對應的驅動信號清零；
[0064] 其中，所述PWM控制波的最大振幅等于A值與B值之和，所述兩個驅動信號相差 180。。
[0065] 三個橋臂的驅動信號產生原理相同，因此這里對剩余兩個橋臂的驅動信號的產生 方法不再贅述。
[0066] 本發明利用DPS內部的PWM中斷方式實現了晶閘管驅動信號的產生，相比目前發 波方式主要具有如下特點：
[0067] 利用PWM中斷方式產生晶閘管驅動信號，提高了控制芯片的資源利用率；
[0068] 鎖相環跟蹤技術避免了電網電壓波動對控制系統造成的影響，提高了控制系統的 穩定性；
[0069] 利用同步技術實現了 PWM波形與參考正弦波的高精度同步，實現高精度發波；
[0070] 這種方式即可以實現寬脈沖觸發又可以實現雙窄脈沖觸發。
[0071] 如圖5所示，本發明的實施例還提供一種用于產生上述晶閘管整流器驅動波形的 驅動電路，所述驅動電路包括：
[0072] 交流信號采集模塊10,用于采集電網電壓；具體本發明的實施例中用于采集電網 線電壓Uab。
[0073] 同步信號采集模塊20,用于采集根據電網電壓得到的對應晶閘管驅動橋臂的同步 參考波形；即利用鎖相環跟隨線電壓Uab，得到晶閘管整流器驅動橋中A、B、C橋臂的參考 電壓波形，橋臂A的參考波形就是Θ -60度的W a = sin ( Θ -60)，橋臂B的參考波形就是 Θ-180度的U' b = sin(0-180)，橋臂C的參考波形就是 Θ-300度的U' e = sin(0-3〇〇)， 橋臂A、橋臂B及橋臂C的參考波形互差120°。
[0074] DSP模塊30,用于根據所述同步參考波形的周期時間、過零點時間及PWM中斷時間 調整其內設的PWM計數器，使輸出的PWM控制波與所述參考波形同步；具體計算方法如下：
[0075] 計算發現參考波形過零時刻與真實參考波形過零時刻的相位差Λ Θ ; \β
[0076] 根據所述參考波形的周期DPTR計算Δ Θ所對應的時間差Δ?=廠χβ/η 2π
[0077] 計算所述參考波形真實過零點所對應的PWM計數器值NzeroNzero = ΔΝ+Nr，其中 Nr是中斷產生時刻與發現過零時刻之間的計數值；
[0078] 根據Nzero調整所述PWM計數器使輸出的PWM控制波與所述參考波形相位同步。
[0079] 優選地，所述DSP模塊30內部還設有第一計數器，所述第一計數器，用于根據所述 同步參考波形的周期時間、發現過零點時刻及PWM中斷時刻計算所述同步參考波形的實際 過零點時刻，并根據所述同步參考波形的實際過零點時刻調整PWM計數器。
[0080] CPLD模塊40,用于根據所述PWM控制波產生雙窄脈沖驅動波控制對應晶閘管驅動 橋臂50上的上下晶閘管工作。所述CPLD模塊40包括第一寄存器和第二寄存器。
[0081] 第一寄存器具有預設值A，當PWM控制波在上升沿時，其波形的幅值與預設值A相 等時，控制對應晶閘管驅動橋臂50上其中一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值到達最大振 幅時，控制該驅動信號清零；
[0082] 第二寄存器具有預設值B，當PWM控制波在下降沿時，其波形的幅值與預設值B相 等時，控制對應晶閘管驅動橋臂50上另一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值為零時，控制 對應的驅動信號清零；
[0083] 其中，所述預設值A與預設值B相加之和等于所述PWM控制波的最大振幅，所述兩 個驅動信號相差180°。
[0084] 本發明的晶閘管整流橋驅動電路及驅動信號產生方法適用于具有各種結構晶閘 管驅動橋臂的整流器，如三相六管晶閘管整流器，每個橋臂對應相電壓為⑴ a、u' b、u' 相電壓之間互差120度，通過鎖相環技術，產生三個內部參考波形分別對應三個相電壓，然 后通過DSP模塊調整PWM計數器的值使之與每相參考正弦波的過零點同步，從而實現對每 個晶閘管驅動橋臂上的晶閘管的精確控制。
[0085]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種晶閘管整流器驅動波形的產生方法，其特征在于：包括以下步驟， 采集電網電壓信號，利用鎖相環跟隨所述電網電壓并輸出與所述電網電壓同向的正弦 信號； 根據所述正弦信號計算得到對應晶閘管驅動橋臂的參考波形； 計算所述參考波形實際過零點時間與對應的PWM中斷時間的時間差； 根據所述時間差，調整PWM中斷時間，使PWM控制波與所述參考波形同步； 根據所述PWM控制波輸出雙窄脈沖驅動波控制對應晶閘管驅動橋臂上的上下晶閘管 的工作。
2. 根據權利要求1所述的晶閘管整流器驅動波形的產生方法，其特征在于：所述采集 電網電壓信號，利用鎖相環跟隨所述電網電壓并輸出與所述電網電壓同向的正弦信號的步 驟具體包括： 采集線電壓Uab，利用鎖相環跟隨線電壓Uab，鎖相環輸出與所述線電壓同向的正弦信 號 sin Θ。
3. 根據權利要求2所述的晶閘管整流器驅動波形的產生方法，其特征在于：根據所述 正弦信號計算得到對應晶閘管驅動橋臂的參考波形的步驟具體包括： 根據所述正弦信號sin Θ，得到晶閘管驅動橋臂A的參考波形U' a = sin ( Θ -60)，晶 閘管驅動橋臂B的參考波形U' b = sin( Θ -180)，晶閘管驅動橋臂C的參考波形U'。= sin( Θ-300)。
4. 根據權利要求3所述的晶閘管整流器驅動波形的產生方法，其特征在于：計算所述 參考波形實際過零點時間與對應的PWM中斷時間的時間差的步驟具體包括： 計算發現參考波形過零時刻與真實參考波形過零時刻的相位差△Θ; 根據所述參考波形的周期DPTR計算Λ Θ所對應的時間差.
5. 根據權利要求4所述的晶閘管整流器驅動波形的產生方法，其特征在于：根據所述 時間差，調整PWM中斷時間，使PWM控制波與所述參考波形同步的步驟具體包括： 計算所述參考波形真實過零點所對應的PWM計數器值Nzero Nzero= ΔΝ+Nr，其中Nr 是中斷產生時刻與發現過零時刻之間的計數值； 根據Nzero調整所述PWM計數器使輸出的PWM控制波與所述參考波形相位同步。
6. 根據權利要求5所述的晶閘管整流器驅動波形的產生方法，其特征在于：根據所述 PWM控制波輸出雙窄脈沖驅動波控制對應晶閘管驅動橋臂上的上下晶閘管的工作的步驟具 體包括： 當PWM控制波在上升沿時，其波形的幅值與預設A值相等時，對應晶閘管驅動橋臂上其 中一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值到達最大振幅時對應的驅動信號清零； 當PWM控制波在下降沿時，其波形的幅值與預設B值相等時，對應晶閘管驅動橋臂上另 一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值為零時，控制對應的驅動信號清零； 其中，所述PWM控制波的最大振幅等于A值與B值之和，所述兩個驅動信號相差180°。
7. 根據權利要求1所述的晶閘管整流器驅動波形的產生方法，其特征在于：所述PWM 控制波為三角波。
8. -種晶閘管整流器驅動電路，所述晶閘管整流器包括晶閘管驅動橋臂，其特征在于： 所述驅動電路包括， 交流信號采集模塊，用于采集電網電壓； 同步信號采集模塊，用于采集根據電網電壓得到的對應晶閘管驅動橋臂的同步參考波 形； DSP模塊，用于根據所述同步參考波形的周期時間、過零點時間及PWM中斷時間調整其 內設的PWM計數器，使輸出的PWM控制波與所述參考波形同步； CPLD模塊，用于根據所述PWM控制波產生雙窄脈沖驅動波控制對應晶閘管驅動橋臂上 的上下晶閘管工作。
9. 根據權利要求8所述的晶閘管整流器驅動電路，其特征在于：所述DSP模塊內部還 設有第一計數器， 所述第一計數器，用于根據所述同步參考波形的周期時間、發現過零點時刻及PWM中 斷時刻計算所述同步參考波形的實際過零點時刻，并根據所述同步參考波形的實際過零點 時刻調整PWM計數器。
10. 根據權利要求9所述的晶閘管整流器驅動電路，其特征在于：所述CPLD模塊包括 第一寄存器和第二寄存器； 第一寄存器具有預設值A，當PWM控制波在上升沿時，其波形的幅值與預設值A相等時， 控制對應晶閘管驅動橋臂上其中一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值到達最大振幅時，控 制該驅動信號清零； 第二寄存器具有預設值B，當PWM控制波在下降沿時，其波形的幅值與預設值B相等時， 控制對應晶閘管驅動橋臂上另一個晶閘管的驅動信號置高，當幅值為零時，控制對應的驅 動信號清零； 其中，所述預設值A與預設值B相加之和等于所述PWM控制波的最大振幅，所述兩個驅 動fg號相差180°。
【文檔編號】H02M1/08GK104300768SQ201410610091
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】劉曉紅, 陳恒留 申請人:深圳晶福源科技股份有限公司