逆變器開關信號變頻調制方法及opwm逆變器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種地球物理探測中的電法探測儀器，特別涉及一種適用于時間域電 磁發射電路的逆變器開關信號變頻調制方法及0PWM逆變器。
【背景技術】
[0002] 傳統PWM逆變器的開關信號由固定頻率的三角載波和調制波比較產生，即逆變器 以固定載波頻率工作，應用到發射機后，導致發射機輸出電流中含有大幅度諧波的現象，不 僅會引起電磁干擾，而且增大了橋路功率器件的開關損耗，與理想輸出電流信號有一定差 距。此外，電流中一些幅度較大的中頻諧波成分，容易引起機械共振，使系統穩定性降低。這 些諧波及諧波引起的電磁噪聲主要分布在開關頻率及其倍頻處。
[0003] 通常采用的解決辦法是提高開關頻率，隨著開關頻率的提高，諧波電流的頻率也 提高，幅度相應地減小。但是，這種方法會帶來較大的開關損耗，在大功率環境下并不適用， 且受到功率器件開關頻率的限制。另一種解決方法是在逆變器輸出端使用濾波器，該方法 可以降低機械振動，但抑制電磁干擾的效果不理想，且效率低、成本高、安裝體積大。
[0004] 研究表明，載波頻率調制技術(CFM)是抑制電磁干擾的最佳方案。基于傳統固定載 波頻率的PWM逆變器，載波頻率調制技術在開關頻率及其倍頻處抑制輸出諧波、降低電磁噪 聲。目前，載波頻率調制技術主要有隨機調制技術、混沌調制技術、周期性調制技術。
[0005] 隨機調制技術(RPWM)，隨機信號調制PWM脈沖的頻率、位置、占空比隨機變化，使單 次諧波的能量傳播到其邊帶，降低諧波峰值。實際中，得到理想的隨機信號是非常困難的， 通常用有限長度的偽隨機序列代替理想的隨機信號。由于混沌系統的內在隨機性，用混沌 信號代替隨機信號實現載波頻率調制，這就是所謂的混沌調制技術。無論是隨機調制方案 還是混沌調制方案，均可簡單實現，是獨立的PWM控制策略，但它需要一個微控制器的功率 變換器產生一個合適的概率密度函數，同時缺乏THD參數控制。
[0006] 周期性調制技術，PWM載波頻率由周期信號調制。以往的周期性調制研究中，主要 集中在正弦信號和正弦信號最大頻率偏差對諧波的抑制效果。雖然其中一些涉及用其他周 期信號調制載波頻率，但對周期性信號波形和最大頻率偏差的研究仍不是很全面。與隨機 調制相比，周期調制的缺點是離散的譜分布。當周期信號的頻率越高，頻譜的能量會集中離 散譜線下，同時，使用不同的周期信號會得到不同的抑制效果。載波頻率雙重調制技術 (MCFT)就是應用這個理論，利用三角波和鋸齒波合成一個新的調制信號，對三角載波頻率 進行雙重調制。周期信號V ml(t)對載波進行基本調制，調制后諧波的局部峰值能量經Vm2(t) 再次調制得以改進。這意味著恰當設計CFM的等效合成信號可能得到較好的諧波抑制效果。 但其研究主要集中在合成信號的組成成分及合成信號最大頻率偏差對諧波峰值抑制效果， 并沒有給出如何根據需求的頻譜分布定量設計最大頻率偏差以及如何選擇兩種周期信號。
【發明內容】
[0007] 本發明要解決的技術問題是提供一種基于輸出電流信號規律變頻PWM調制技術 (Out Frequency Pulse Width Modulation，以下簡稱OPWM)的逆變器開關信號變頻調制方 法及實現該方法的0PWM逆變器，該方法從頻譜角度考慮，根據需求的譜分布定量設計功率 器件開關頻率、減少逆變器輸出的電流諧波、改善輸出電流THD，使逆變器輸出電流信號更 接近于發射機理想發射信號。
[0008] 為了解決上述技術問題，本發明的逆變器開關信號變頻調制方法包括如下步驟：
[0009] (1)設置首次定時中斷時間to;采集逆變器負載電流信號，將此電流信號iRL(t)進 行歸一化處理后，作為調制變頻三角載波瞬時頻率值的調制信號V m(t);
[0010] (2)在中斷周期內，根據調制信號￥"(〇及公式（1)計算得到變頻三角載波在每一 個頻率值處的峰值TBPRD，據此產生變頻三角載波;根據模擬調制波U(t)及公式（2)計算得 到數字調制波在變頻三角載波每一個頻率值處的對應瞬時值CMPA，據此產生數字調制波； 根據公式(3)、（4)和(5)對變頻三角載波經過的時間進行累加得到變頻三角載波時間累加 值!^，用于計算下一次進入中斷周期時刻處的變頻三角載波峰值TBPRD和數字調制波瞬時 值CMPA;
[0011 ] TBPRD = 1/{2|./； + )}, } (1)
[0012] CM PA Μ x TBPRD χ ?'(τ, ,) (2)
[0013] =〇:) (a)
[0014] ^ = l/[/；+?s^feI ⑷
[0015] T； < \jj\ < T：+i (5)
[0016] Ti+是前i個變頻三角載波周期累加值，Ti是第i個變頻三角載波的周期。為 調制信號乂4〇在d:1時刻的瞬時值，調制信號V m(t)由輸出電流采集電路采集到的輸出電 流rn(t)歸一化得到；為模擬調制波U(t)在7；=時刻的瞬時值，模擬調制波U(t)由所 需的逆變器輸出電壓信號歸一化得到，是周期、頻率、幅值固定的模擬調制波；
[0017] 其中乜=5000;以=1^3，1^三{0.1，0.2,0.3,0.4}，乜=1/(1.5\10 8)，]\1=1;
[0018] (3)將數字調制波與變頻三角載波電壓值比較產生第一開關控制信號0PWM1;將數 字調制波取反后與變頻三角載波電壓值比較產生第二開關控制信號0PWM3;
[0019] (4)將第一開關控制信號0P麗1、第二開關控制信號0PWM3、第一脈沖信號0PWM2和 第二脈沖信號0PWM4輸入到逆變器驅動電路，使得驅動電路輸出4路控制信號，控制Η橋4個 開關管的導通與關斷，在第一開關控制信號0PWM1信號為脈沖信號時間段、第二脈沖信號 0PWM4信號為高電平時，在逆變器負載兩端得到正向電流輸出電流信號;在第二開關控制信 號0PWM3信號為脈沖信號時間段、第一脈沖信號0PWM2信號為高電平時，在逆變器負載兩端 得到反向電流輸出電流信號；
[0020] (5)在下一中斷周期內，重復步驟(2)~(4);以此類推，在逆變器負載兩端交替得 到正向電流輸出電流信號和反向電流輸出電流信號。
[0021 ]所述步驟(4)中，第一開關控制信號0PWM1、第二開關控制信號0PWM3、第一脈沖信 號0PWM2和第二脈沖信號0PWM4周期相等;第一開關控制信號0PWM1與第二脈沖信號0PWM4同 步，且第一開關控制信號0PWM1脈沖信號時間段與第二脈沖信號0PWM4高電平時間段相等； 第二開關控制信號0P麗3與第一脈沖信號0P麗2同步，且第二開關控制信號0P麗3脈沖信號 時間段與第一脈沖信號0PWM2高電平時間段相等。
[0022] 進一步，本發明的逆變器開關信號變頻調制方法還包括如下步驟：
[0023] 在每次進入中斷周期后，將前i個變頻三角載波周期累加值IV與數字調制波周期 1訂1 = 4\1(^秒進行比較，1'1+<1訂1時執行步驟(2)，〇1/^ 1時1清零，然后執行步驟(2)。
[0024] 實現上述開關信號變頻調制方法的0PWM逆變器包括驅動電路、Η橋，驅動電路的輸 出與Η橋的輸入連接;其特征