CN104052320B - 一种pwm调制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种PWM调制方法及装置，用于逆变电路的每相支路，该方法包括：获取移相角度；根据所述移相角度对一载波进行移相；使用移相后的载波及未移相的其他载波共同对调制波进行PWM调制；其中，所述获取移相角度，包括：根据输出端的共模电压查询预设的数据库，以获取所述移相角度；或者，根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取所述移相角度；或者，将180度作为所述移相角度。本发明实施例通过对每相支路中的一载波进行移相，使该相中上下两个载波的相位错开一个角度，可以减小调制后输出的PWM波形的上下半周的相位差，从而解决了PWM调制时输出端的共模电压较大的问题。

Description

一种PWM调制方法及装置

技术领域

本发明实施例一般涉及PWM调制技术领域，尤其是涉及一种PWM调制方法及装置。

背景技术

逆变电路是与整流电路相对应的一种电路，主要用于实现从DC(直流)到AC(交流)的转换。PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)是一种通过对逆变电路中开关器件的通断进行控制，使输出端输出一系列幅值相等的脉冲的调制方式。以PWM中的SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉冲宽度调制)为例，通过设置可以使输出的脉冲与期望的正弦波部分面积(即冲量)相等，这样SPWM波形最后也就可以等效于期望的正弦波，从而实现从DC到AC的转换。

发明人在实现本发明的过程中发现，目前的PWM技术中，输出端的共模电压较大，在变频器、光伏或其他对共模电压要求较高的领域会带来对地漏电流、电磁干扰等不良影响，而现有技术中尚未有较好的办法来解决这一问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种PWM调制方法及装置，以解决PWM调制时输出端的共模电压较大的问题。

本发明实施例公开了如下技术方案：

第一方面，提供一种PWM调制方法，用于逆变电路的每相支路，所述方法包括：

获取移相角度；

根据所述移相角度对一载波进行移相；

使用移相后的载波及未移相的其他载波共同对调制波进行PWM调制；

其中，所述获取移相角度，包括：

根据输出端的共模电压查询预设的数据库，以获取所述移相角度；或者，

根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取所述移相角度；或者，

将180度作为所述移相角度。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取所述移相角度，包括：

获取αcm；

计算αcm与αo的差αerr；

根据αerr获取所述移相角度；

其中αcm为所述输出端的共模电压矢量的方向角，αo为期望共模电压矢量的方向角。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述获取αcm，包括：

获取上载波调制电压矢量Vaup及下载波调制电压矢量Vadn；

获取输出电压的中点电压矢量Vo；

计算Vaup－Vo、Vadn－Vo之间夹角以作为αcm。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，根据αerr获取所述移相角度，包括：

通过对αerr进行P、PI或PID调节得到所述移相角度。

第二方面，提供一种PWM调制装置，用于逆变电路的每相支路，所述装置包括：

移相角度获取单元，用于根据输出端的共模电压查询预设的数据库，以获取移相角度，或者，根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取移相角度，或者，将180度作为移相角度；

载波移相单元，用于根据所述移相角度对一载波进行移相；

调制单元，用于使用移相后的载波及未移相的其他载波共同对调制波进行PWM调制。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述移相角度获取单元用于根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取移相角度时，用于：

获取αcm；

计算αcm与αo的差αerr；

根据αerr获取所述移相角度；

其中αcm为所述输出端的共模电压矢量的方向角，αo为期望共模电压矢量的方向角。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述移相角度获取单元用于获取αcm时，用于：

获取上载波调制电压矢量Vaup及下载波调制电压矢量Vadn；

获取输出电压的中点电压矢量Vo；

计算Vaup－Vo、Vadn－Vo之间夹角以作为αcm。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述移相角度获取单元用于根据αerr获取所述移相角度时，用于：

通过对αerr进行P、PI或PID调节得到所述移相角度。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明实施例通过对每相支路中的一载波进行移相，使该相中上下两个载波的相位错开一个角度，可以减小调制后输出的PWM波形的上下半周的相位差，从而解决了PWM调制时输出端的共模电压较大的问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统的PWM调制的原理图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种PWM调制方法的流程图；

图3是根据一示例性实施例示出的载波移相示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种PWM调制方法的流程图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种PWM调制方法的流程图；

图6是生成调制波时的控制原理示意图；

图7是生成180度载波的比较寄存器状态图；

图8是根据一示例性实施例示出的一种PWM调制装置的框图。

通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体的细节，但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在其他实施例中，不详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以免不必要地导致实施例模糊。

图1是传统的PWM调制的原理图。图1中以三电平SPWM调制、载波为三角载波为例，通过正弦调制信号Sx与两个三角载波(Tr1、Tr2)相比较而产生的驱动信号(Vx1、Vx2)来控制逆变器电路中开关器件的开通与关断，从而可以调制出等效正弦波的脉冲波。

图2是根据一示例性实施例示出的一种PWM调制方法的流程图，该方法可以用于逆变电路的每相支路中。参见图2所示，该方法可以包括：

S201、获取移相角度。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术中，PWM调制时每相的载波同相位，导致输出PWM共模电压较大，在变频器、光伏或其他对共模电压要求较高的领域会引起对地漏电流、电磁干扰等不良影响。本实施例中将其中一载波做移相处理，以使载波之间不再同相，而是相差一定角度，从而可以降低共模电压。

该移相角度可以根据具体场景而确定，例如，可以根据预设数据库中存储的经验角度值去移相，也可以预设一个固定的角度值，等等，本实施例并不进行限制，可以在此处使用的这些角度值都没有背离本发明的精神和保护范围。

S202、根据所述移相角度对一载波进行移相。

作为示例，可参见图3所示，图3是根据一示例性实施例示出的载波移相示意图。图3示出了三相中的一相的载波情况，下载波原先与上载波同相位，对下载波进行α角度的移相后，下载波与上载波便错开了α角度(可以令0°≤α≤180°)。

S203、使用移相后的载波及未移相的其他载波共同对调制波进行PWM调制。

对载波进行移相后，仍然可以使用原有的方法使用移相后的载波进行PWM调制，本实施例不再赘述，例如仍然可以使用正弦调制信号Sx与两个三角载波(例如Tr1未移相、Tr2有移相)相比较而产生的驱动信号(Vx1、Vx2)来控制逆变器电路中开关器件的开通与关断，只不过此时产生的驱动信号的高低电平规律会与移相之前存在差别。

容易理解的是，本发明的PWM调制技术适用于各种逆变拓扑，如三电平拓扑，调制波可以是三角波、锯齿波或其他形状，调制方式除了正弦调制外，也可是空间矢量调制，对此本实施例并不进行限制。

在本实施例中的一种场景下，获取移相角度，即步骤S201，可以包括：

根据输出端的共模电压查询预设的数据库，以获取所述移相角度。在本实施例中，考虑到移相的目标就是降低共模电压，所以可以根据直接测量或是间接测量到的共模电压来得到移相角度。

对于间接测量共模电压的情况，作为示例，可以通过以下方式间接测量：可以先获取对地漏电流采样值Icm，然后根据***寄生阻抗特性Lg，将其转化为共模电压值。

在该预设的数据库中，可以根据实验或经验，预先存储各种共模电压值与各种移相角度的对应关系，例如当共模电压为5V时移相角度应为10度，等等。

此外，在本发明其他某些实施例中，还可以不依靠当前共模电压，而是通过其他参量获取移相角度。例如，可以获取对地漏电流采样值(或是其他能够体现漏电流情况的信号的采样值，亦或其他能够体现共模电压情况的信号的采样值)，当对地漏电流Icm处于一定范围时(如Ia1<Icm<Ib1)，则移相角度为θ′，而当Icm在另一范围(例如Ia2<Icm<Ib2)时，输出移相角度θ〞。

在本实施例中的另一种场景下，获取移相角度，即步骤S201，可以包括：

根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取所述移相角度。

作为示例，可参见图4所示，可以通过如下步骤获取该移相角度：

S401、获取αcm；

S402、计算αcm与αo的差αerr；

S403、根据αerr获取所述移相角度。

其中αcm为所述输出端的共模电压矢量的方向角，αo为期望共模电压矢量的方向角。

在本实施例或本发明其他某些实施例中，所述获取αcm，可以包括：

获取上载波调制电压矢量Vaup及下载波调制电压矢量Vadn；

获取输出电压的中点电压矢量Vo；

计算Vaup－Vo、Vadn－Vo之间夹角以作为αcm。

原理如下：

对于共模电压Vcm，有：

Vcm＝1/3(Vao+Vbo+Vco)

其中Vao、Vbo、Vco分别为A、B、C三相输出电压Va、Vb、Vc减去中点电压Vo，即Vao＝Va–Vo，Vbo＝Vb–Vo，Vco＝Vc–Vo。

又有：

Va＝Vaup+Vadn。

其中Vaup代表A相中的上载波调制电压，Vadn代表下载波调制电压，Vb、Vc类似。所以可以得到：

Vcm＝1/3(Vaup+Vadn+Vbup+Vbdn+Vcup+Vadn)-Vo

若将电压量看成矢量，则Vcm就等于7个矢量的运算和，又由于Va、Vb、Vc三相互差120°，可以都换算成Va，所以上式可以简化Vcm与Vaup-Vo、Vadn-Vo的矢量关系，那么αcm，即Vcm的方向角，就可以根据Vaup-Vo、Vadn-Vo这两个矢量的夹角来得到了。

得到了角度αerr后，便可以以此为基础得到移相角度。例如，可以将其乘以一个经验系数后作为移相角度。又例如：

所述根据αerr获取所述移相角度，可以包括：

通过对αerr进行P、PI或PID调节得到所述移相角度。

在本实施例中的再一种场景下，获取移相角度，即步骤S201，也可以包括：

将180度作为所述移相角度。

该方式更为简单，不需要对共模电压等进行检测，而是始终保持上下载波相差180度。这种方式也能取得一定的效果，从一定程度上减少共模电压。

本实施例通过对每相支路中的一载波进行移相，使该相中上下两个载波的相位错开一个角度，可以减小调制后输出的PWM波形的上下半周的相位差，从而解决了PWM调制时输出端的共模电压较大的问题。

下面以通过DSP实现PWM调制这一场景为例，对本发明作进一步说明。

图5是根据一示例性实施例示出的一种PWM调制方法的流程图。

S501、对DSP进行初始化配置。可以配置DSP的PWM外设模块计数器计数模式，根据载波频率设定计数器相应的周期寄存器的值，然后初始化该计数器的值，启动定时器，作为三角载波的发生器。

S502、生成调制波。将三相电流采样转化为d、q轴的电流，然后分别与电压环给出的电流指令Idref、Iqref进行比较，产生的误差信号经过PI控制器调节以后产生电压指令Ud、Uq，再经过计算变换生成三相调制波Ua、Ub、Uc(例如Ua的波形可以参见图1中的Sx)。

该过程的控制原理示意图可参见图6所示，在图6中，Iqref为q轴电流给定值，Dq/αβ代表dq轴静止坐标系转换为αβ两项旋转坐标系，αβ/abc代表αβ两项旋转坐标系转化为abc三相坐标系，αβ/dq代表αβ两项旋转坐标系转换为dq轴静止坐标系，Abc/αβ代表abc三相坐标系转换为αβ两项旋转坐标系，DC为直流电源，INVERTER为逆变器。

S503、在中断服务程序中获取移相角度。在中断服务程序或其他程序(如任务程序或定时器程序等)中，可以按照上文实施例中所提供的各种方式获取移相角度。

S504、根据得到移相角度，通过修改DSP相应寄存器的值，令一载波保持角度不变并对另一载波进行移相。

此外，对于移相角度θ＝180°这种情况，还可采用如下方式直接实现移相：

在中断服务程序中，通过接收三相电压指令，在各相(以下以A相为例)调制波的正半周期即Ua>0时，用1-Ua作为调制波，标幺化处理后得到占空比，将该占空比乘以周期寄存器的值，得到相应的时钟周期数，将该时钟周期数加载到TxCMPRA(比较寄存器A)。在负半周期即Ua<0时，用1+Ua作为调制波，标幺化处理后得到占空比，将该占空比乘以周期寄存器的值，得到相应的时钟周期数，将该时钟周期数加载到TxCMPRB(比较寄存器B)。该过程的比较寄存器状态图可参见图7所示，在图7中，三角形波形为载波，半圆形波形为调制波，TxPR为周期寄存器，TxCNT为计数器的计数值，向右的箭头表示计数值增加，EPWMxA为EPWMA计数器值，EPWMxB为EPWMB计数器值，CA为比较寄存器A，CB为比较寄存器B。

本实施例通过对每相支路中的一载波进行移相，使该相中上下两个载波的相位错开一个角度，可以减小调制后输出的PWM波形的上下半周的相位差，从而解决了PWM调制时输出端的共模电压较大的问题。

图8是根据一示例性实施例示出的一种PWM调制装置的框图。该装置800可用于逆变电路的每相支路。参见图8所示，该装置800可以包括：

移相角度获取单元801，用于根据输出端的共模电压查询预设的数据库，以获取移相角度，或者，根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取移相角度，或者，将180度作为移相角度；

载波移相单元802，用于根据所述移相角度对一载波进行移相；

调制单元803，用于使用移相后的载波及未移相的其他载波共同对调制波进行PWM调制。

在本实施例或本发明其他某些实施例中，所述移相角度获取单元801用于根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取移相角度时，用于：

获取αcm；

计算αcm与αo的差αerr；

根据αerr获取所述移相角度；

其中αcm为所述输出端的共模电压矢量的方向角，αo为期望共模电压矢量的方向角。

在本实施例或本发明其他某些实施例中，所述移相角度获取单元801用于获取αcm时，用于：

获取上载波调制电压矢量Vaup及下载波调制电压矢量Vadn；

获取输出电压的中点电压矢量Vo；

计算Vaup－Vo、Vadn－Vo之间夹角以作为αcm。

在本实施例或本发明其他某些实施例中，所述移相角度获取单元801用于根据αerr获取所述移相角度时，用于：

通过对αerr进行P、PI或PID调节得到所述移相角度。

关于上述实施例中的装置，其中各个单元执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本实施例通过对每相支路中的一载波进行移相，使该相中上下两个载波的相位错开一个角度，可以减小调制后输出的PWM波形的上下半周的相位差，从而解决了PWM调制时输出端的共模电压较大的问题。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种PWM调制方法，其特征在于，用于逆变电路的每相支路，所述方法包括：

获取移相角度；

根据所述移相角度对一载波进行移相；

使用移相后的载波及未移相的其他载波共同对调制波进行PWM调制；

其中，所述获取移相角度，包括：

根据输出端的共模电压查询预设的数据库，以获取所述移相角度；或者，

根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取所述移相角度；或者，

将180度作为所述移相角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取所述移相角度，包括：

获取αcm；

计算αcm与αo的差αerr；

根据αerr获取所述移相角度；

其中αcm为所述输出端的共模电压矢量的方向角，αo为期望共模电压矢量的方向角。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取αcm，包括：

获取上载波调制电压矢量Vaup及下载波调制电压矢量Vadn；

获取输出电压的中点电压矢量Vo；

计算Vaup－Vo、Vadn－Vo之间夹角以作为αcm。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据αerr获取所述移相角度，包括：

通过对αerr进行P、PI或PID调节得到所述移相角度。

5.一种PWM调制装置，其特征在于，用于逆变电路的每相支路，所述装置包括：

移相角度获取单元，用于根据输出端的共模电压查询预设的数据库，以获取移相角度，或者，根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取移相角度，或者，将180度作为移相角度；

载波移相单元，用于根据所述移相角度对一载波进行移相；

调制单元，用于使用移相后的载波及未移相的其他载波共同对调制波进行PWM调制。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述移相角度获取单元用于根据输出端的共模电压矢量及期望共模电压矢量获取移相角度时，用于：

获取αcm；

计算αcm与αo的差αerr；

根据αerr获取所述移相角度；

其中αcm为所述输出端的共模电压矢量的方向角，αo为期望共模电压矢量的方向角。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述移相角度获取单元用于获取αcm时，用于：

获取上载波调制电压矢量Vaup及下载波调制电压矢量Vadn；

获取输出电压的中点电压矢量Vo；

计算Vaup－Vo、Vadn－Vo之间夹角以作为αcm。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述移相角度获取单元用于根据αerr获取所述移相角度时，用于：

通过对αerr进行P、PI或PID调节得到所述移相角度。