實(shí)驗(yàn)39信號(hào)的調(diào)制spwm產(chǎn)生與實(shí)現(xiàn)

1、實(shí)驗(yàn)三十九信號(hào)的調(diào)制S信號(hào)的產(chǎn)生與實(shí)現(xiàn)（信號(hào)與系統(tǒng)電力電子學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)）一、 實(shí)驗(yàn)原理S調(diào)制用于逆變器技術(shù)中，其產(chǎn)生的 S信號(hào)控制開關(guān)管的周期性通斷，使負(fù)載兩端的電壓周期性變化，實(shí)現(xiàn)直流到交流的逆變。S調(diào)制方法的理論基礎(chǔ)是沖量等效定理大小、波形不相同的窄脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時(shí)，只要他們的沖量即變量對(duì)時(shí)間的積分相等，其作用效果基本相同。在圖 39-1 中，(a)為正弦電壓，(b)為與其沖量等效的窄脈沖電壓，因此可以用一種調(diào)制方法來(lái)控制開關(guān)管的通斷，使負(fù)載兩端產(chǎn)生如圖 39-1(b)中所示的窄脈沖電壓，其對(duì)負(fù)載作用的效果與圖 39-1(a)中的正弦電壓對(duì)負(fù)載作用的效果相同，這種調(diào)制方法就是 S調(diào)制

2、。(a) 正弦電壓(b) S等效電壓圖 39-1用S電壓等效正弦電壓1. S調(diào)制的方法在實(shí)際應(yīng)用中，S信號(hào)由一個(gè)正弦載波信號(hào) Vr 和一個(gè)三角波調(diào)制信號(hào) Vc 相比較產(chǎn)生，具體的調(diào)制方式有兩種：(1) 單極性正弦脈沖寬度調(diào)制(SS)SS調(diào)制的特點(diǎn)是，在輸出電壓的正半周中只有正脈波，在輸出電壓的負(fù)半周中只有負(fù)脈波。如圖 39-2(a)所示的逆變器電路中，在正弦調(diào)制波的正半周，Vr Vc時(shí)，驅(qū)動(dòng)T1 管和T4 管，負(fù)載兩端電壓為Vd，在正弦調(diào)制波的負(fù)半周，Vr 0 時(shí)驅(qū)動(dòng)T1 導(dǎo)通， VA反向后為T2 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VG2，VG2 0 時(shí)驅(qū)動(dòng)T2 導(dǎo)通，同理比較器B的輸出VB作為T4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，VB反

3、向后作為T3 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這樣負(fù)載兩端的電壓波形就如圖 39-2(c)中所示。(a)逆變器主電路(b) SS信號(hào)生成電路(c)SS信號(hào)圖 39-2單極性正弦脈寬調(diào)制原理及輸出波形(2)雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制 BSBS調(diào)制的特點(diǎn)是，在輸出電壓的正半周或負(fù)半周中既有正脈波又有負(fù)脈波。如圖 39-2(a)所示的逆變器電路中， Vr Vc 時(shí)，驅(qū)動(dòng) T1 管和 T4 管，負(fù)載兩端電壓為 Vd， Vr 0 時(shí)驅(qū)動(dòng) T1、T4 管導(dǎo)通，Vg 反向后為 T2、T4 管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)-63 -求創(chuàng)新Vg2、Vg4，Vg 0 時(shí)驅(qū)動(dòng)T2、T4 管導(dǎo)通。這樣負(fù)載兩端的電壓波形就如圖 3(b)中所示。(a) BS信號(hào)生

4、成電路(b) BS信號(hào)圖 39-3 雙極性正弦脈寬調(diào)制原理及輸出波形在三相逆變器中，需要用到三相 S調(diào)制。與單相 S調(diào)制不同的是，三相S調(diào)制中的正弦調(diào)制波為三個(gè)三相對(duì)稱(相位互差 120)的正弦波。其調(diào)制原理如圖 39-4 所示，分析方法與上面類似。(b) 三相 S信號(hào)生成電路(a) 三相逆變器主電路(c) 三相 S圖 39-4 三相S信號(hào)調(diào)制原理及輸出波形642. S(1)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)集成產(chǎn)生 S波在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的生成電路中，除了有比較器外，還要有正弦調(diào)制波和三角載波，因此需要有能產(chǎn)生這兩種波的裝置。函數(shù)發(fā)生器集成電路L8038（引腳與電路如圖 39-5所示），可以產(chǎn)生正弦參考波Vr和三角高頻載波

5、信號(hào)Vc，L8038的 4、5 腳外接時(shí)基電阻RA 、 RB ，10 腳接時(shí)基電容C，其 2、3、9 腳可同時(shí)輸出同一頻率的正弦波、三角波和。若R A = RB =R，則可使輸出波形對(duì)稱。改變端子 1 和 12 的電位，可以調(diào)節(jié)正弦波波形的對(duì)稱性。輸出頻率f，與 10 腳外接的時(shí)基電容C和時(shí)基電阻R的乘積RC成反比，同時(shí)還與 8 腳的電位V8 有關(guān)，8 點(diǎn)電位越高，輸出頻率越低。L8038 的輸出頻率按下述公式設(shè)計(jì)： 0.06Vcc V8 f(39-1)rR C電源電壓。R、C 固定后，從外部調(diào)節(jié)V8 的電位值，即可控制輸出頻式中Vcc 為率 fr 。Vcc 為 6 腳的外加控制電源正電壓，V

6、cc =12V。11 腳接負(fù)電源電壓-12V，7 腳電位為 6.5V，由參考電壓供電。圖 39-5 函數(shù)發(fā)生器集成電路 L8038在 S調(diào)制中，三角載波的頻率比正弦調(diào)制波的頻率高很多，需要兩個(gè)L8038來(lái)分別產(chǎn)生三角波和正弦波。然后把這兩個(gè)信號(hào)送入比較器，得到初步的 S調(diào)制信號(hào)。為了防止上下管同時(shí)導(dǎo)通，還需要在兩開關(guān)管的開通信號(hào)之間設(shè)置死區(qū)時(shí)間，這就要用到另一個(gè)CD14538（如圖 30-6 所示）。4 腳輸入從比較器來(lái)的信號(hào)，當(dāng)單穩(wěn) B 端為“1”、A 端為“0”時(shí)， Q 為“1”，A變?yōu)椤?”時(shí)， Q 立即為“0”，待延時(shí)t（t 為單穩(wěn)態(tài)時(shí)間）后， Q 恢復(fù)到“1”。因此比較器輸出的信號(hào)加

7、到單穩(wěn) A 端后的最初t 期間， Q =0，無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；延時(shí)t 后， Q =1，才有驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間由單穩(wěn)的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間t，即充電電阻 R 和電容 C 確定。從 CD14538-65 -求創(chuàng)新出來(lái)的信號(hào)就是最終的 S驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖 39-6CD14538 引腳圖及功能框圖（2）DSP產(chǎn)生 S波DSP 是數(shù)字信號(hào)處理，可以用來(lái)進(jìn)行數(shù)字濾波、波形的頻譜分析、卷積運(yùn)算和波形產(chǎn)生等等。DSP的功能是通過(guò)寫入其中的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此用它來(lái)進(jìn)行S調(diào)制時(shí)，需要根據(jù)具體的編程語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)算法。利用DSP產(chǎn)生S信號(hào)的基本是根據(jù)三角波的規(guī)則采樣法得到S信號(hào)中每個(gè)矩形脈沖的寬度，如圖39-7所示，每個(gè)脈沖

8、的中點(diǎn)都和相應(yīng)的三角波的中點(diǎn)相對(duì)稱，在三角波的負(fù)峰值刻tD ，對(duì)正弦調(diào)制波采樣而得到D點(diǎn)，過(guò)D點(diǎn)作一水平直線和三角波分別交于A點(diǎn)和B點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)刻t A 和B點(diǎn)的時(shí)刻tB 控制功率器件的通斷。用這種規(guī)則采樣法得到的矩形脈沖的寬度與按三角波和正弦波比較時(shí)得到的寬度基本相同。若以1代表三角波的幅值UC ，沖寬度的公式為：弦波的幅值Ur 就是調(diào)制比M，根據(jù)圖39-2，經(jīng)推導(dǎo)脈T 1 M (sin t )c(39-2)r D2其中Tc 為載波周期，r 為正弦調(diào)制波的角頻率。如果一個(gè)周期內(nèi)有N個(gè)矩形脈沖波，則第個(gè)矩形脈沖的占空比為：D 1 1 M (sin(I 2 / N )(39-3)I2因此，知道了

9、載波周期、調(diào)制比及特定時(shí)刻的函數(shù)值就可以算出脈沖寬度和間隙時(shí)間。-66 -求創(chuàng)新圖 39-7 利用三角載波的規(guī)則采樣法3. 實(shí)驗(yàn)裝置中電路板 B05B 的 S信號(hào)產(chǎn)生電路圖利用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器集成L8038 產(chǎn)生 S信號(hào)的電路原理如附錄圖所示。電路中，U1 產(chǎn)生的三角載波、U4 產(chǎn)生的正弦調(diào)制波先要經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器 U2、U5放大，調(diào)節(jié) RW5 和 RW7 可以改變運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)。然后將它們輸入到比較器U3 中進(jìn)行比較，產(chǎn)生初步的 S信號(hào)，再由 CD14538U7 來(lái)設(shè)置死區(qū)時(shí)間，原驅(qū)動(dòng)信號(hào)（為配合實(shí)驗(yàn)裝理見(jiàn)上面對(duì)的說(shuō)明。最后得到的 PW1，PW2 就是 S置的使用，這里產(chǎn)生的 S表示關(guān)斷開

10、關(guān)管）。信號(hào)是低電平有效的，即低電平表示開通開關(guān)管，二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解 S調(diào)制的原理及各種產(chǎn)生 S信號(hào)的方法；2. 熟悉函數(shù)發(fā)生器 L8038、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 CD14538 等集成電路的使用方法。在以上基礎(chǔ)上，通過(guò)查閱資料和分析原理，學(xué)會(huì)自行設(shè)計(jì)其它產(chǎn)生 S模擬或數(shù)字方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)，掌握電力電子系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。信號(hào)的三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 了解 S產(chǎn)生 S信號(hào)產(chǎn)生原理和電路設(shè)計(jì)方法，采用實(shí)驗(yàn)電路板 B05B（利用 L8038信號(hào)），觀察實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的 S信號(hào)的波形；調(diào)節(jié)電位器改變輸入正弦調(diào)制-67 -求創(chuàng)新波和三角載波的參數(shù)，觀察 S號(hào)的產(chǎn)生，并完成以上實(shí)驗(yàn)。信號(hào)的變化?；虿?/p>

11、用自行設(shè)計(jì)的電路實(shí)現(xiàn) S信2. 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不同調(diào)制比下的S的頻譜分析，得出你的結(jié)論。信號(hào)或不同方式或電路產(chǎn)生S信號(hào)時(shí)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備電力電子實(shí)驗(yàn)裝置及相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)K；實(shí)驗(yàn)控制電路板；功率供電電源、控制電源；實(shí)驗(yàn)箱面包板，等示波器計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和步驟。2. 將示波器觀察到的波形附圖。并錄入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析，并導(dǎo)出作為實(shí)驗(yàn)六、實(shí)驗(yàn)1. 畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，敘述你所采用（或設(shè)計(jì)）的 S程。產(chǎn)生電路的原理以及工作工2.將計(jì)算機(jī)導(dǎo)出的實(shí)驗(yàn)波形附于實(shí)驗(yàn)。上，對(duì)實(shí)驗(yàn)波形進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析，進(jìn)行總結(jié)和3.對(duì)實(shí)驗(yàn)中觀察到，提出改進(jìn)意見(jiàn)或思路。七、實(shí)驗(yàn)思考題1.成 S2

12、.采用函數(shù)發(fā)生器集成電路 L8038，利用一定頻率的三角載波和一定頻率的正弦波形調(diào)制信號(hào)，是否可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán) S控制？為什么？如果要實(shí)現(xiàn)閉環(huán) S控制，應(yīng)采用什么樣的方式來(lái)電路設(shè)計(jì)？如果要采用模擬方式實(shí)現(xiàn)，查閱資料，畫出控制電路圖（包括所采用的集成型號(hào)），說(shuō)明其原理。附錄附錄一參考文獻(xiàn). 電力電子學(xué)電力電子變換和控制技術(shù).，20021：高等教育附錄二實(shí)驗(yàn)板 B05B（利用 L8038 產(chǎn)生 S信號(hào)）的電路原理圖-68 -求創(chuàng)新C8 104 +12C5 104 +12C16104+12TRIC4R912kSP21uR5 1KR73621C3+12273U2 LM318C6 104CD4011ER10

13、4 C768n32U3LM311R4 3KR6 10KU6AU6BU1 ICL8038C9 104R81VCC 678FMBIAS SIN 2-12-12C243+12+12TRIAN470uSOR 9110CRW720k4R17 4.3k+12C18 104C25R26.2K1211104 5+12SINU7AVSSRW6C110nC17CD14538SP1C27C26 470u1KR1 82K2n12-12104Cx RxCxVDD 16 1R36.2K 3 4 5 Q 6 /RST AC2 10478-12/QU9A/BVSS+122RW5R14-12310K100KCD4081+121

14、PW1U6CR18 4.3kR15 1KC14 104 -12+12C23 1048RW2 100K 10 CD4011C12104 +12U7BCD145389C19+12D11N41482n15Cx RxCx/RST A/B214 RW1 100KU4 ICL8038613 109C1347ufQ/Q312 PW2U5 LM3181 611 U9BVCC782+126U6DFMBIASSIN 3R16 5K412TRIAN 9CD4081C10 0.22uC15 1045 11 SORCD40111013 R10CC21 1044+12+12D21N414810K+12R12 8K1211U9CR19 10K+12 5+12PIO18RW4VSSR2112k-12ON1020K12CD40819357468R