一种自适应有限调节环路幅值控制交流逆变发射机的制作方法

1.本实用新型涉及逆变发射机技术领域，具体为一种自适应有限调节环路幅值控制交流逆变发射机。


背景技术：

2.开关电源的变换控制多采用专用控制芯片，通过锯齿波与环路输出比较得到脉宽调制信号pwm，然而对于交流逆变变换，由于输出有正有负，而且对称，并追求平滑过零，而过零要想控制得平滑，控制方式上往往对应的不是0％占空比，而是50％占空比，这时采用锯齿波进行信号调制就不太合适，难以做到对称及平滑过零。要想获得更好的控制方式，采用数字控制当然是一个可行的选项，但数字控制需要性能较好的控制芯片，成本较高，并且会造成对软件控制、硬件芯片及开发人员的依赖；而采用模拟控制，最好采用三角波调制信号进行控制，但目前市场上的电源控制芯片，基本上为锯齿波调制信号，因此，要想获得三角波调制信号，需要进行硬件搭建。而硬件搭建三角波调制信号进行控制，在幅值一致性、最高占空比限制、最低占空比限制难以做到，对控制的稳定性、功率电路工作的安全性都会造成一定影响。
3.现有逆变控制方案，其基本原理为：i二极管dem作为正弦波给定信号，iout作为反馈信号(既可以是电流，也可以是电压)，通过由u1b、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1、电容c2、电容c3组成的补偿环路进行误差信号环路补偿，获得环路输出vloop。固定频率的方波信号s三极管qua电阻re通过比较器u3b与6脚电阻r9、电阻r11的分压信号进行比较，输出信号通过电阻r12、电阻r13、三极管q1、二极管d4充放电环节对电容c4充电、放电，得到v电阻ramp的三角波信号，vloop信号再与v电阻ramp信号通过比较器u2b进行比较，最终得到spwm的脉宽调制信号。其中，补偿环路输出vloop信号工作过程中为正信号时，得到的是占空比低于50％的spwm信号，所示；为负信号时，得到的是占空比高于50％的spwm信号，
4.正常工作时，环路输出vloop产生的spwm波形。但在实际工作中，因负载突变、大幅扰动，或源端突变扰动，环路输出vloop暂态工作可能会进入极端状况，电压值可能会高于三角波v电阻ramp的峰值，也可能低于三角波v电阻ramp的谷值。而根据比较u2b工作机理，当vloop高于三角波v电阻ramp的峰值时，这时u2b输出的spwm信号为一个无周期的低电平信号；当vloop低于三角波v电阻ramp的谷值时，这时u2b输出的spwm信号为一个无周期的高电平信号，spwm一旦进入无周期的高电平或低电平，spwm信号将难以进行固定周期的驱动分配，也会造成主回路一对桥臂的无周期导通工作，导致回路电流持续增大直至保护，或者电感/变压器连续工作直至饱和，甚至造成因电流过大保护不及时而产生器件损坏。而限制vloop的幅值，从补偿回路来说，当然可以，但补偿回路的最高、最低输出幅值，受辅助电源幅值、波动影响，受运放输出幅值差异性影响，难以做到精确，而且三角波的峰、谷值，受电源、器件参数误差影响，离散性也较大，而要兼容这些误差，只能将vloop幅值限制大大低于v电阻ramp峰值，大大高于v电阻ramp谷值，而这样，spwm的最大、最小占空比将会受到限制，带来主功率回路电压升高、磁性元件(电感/变压器)器件增大，损耗增大、成本增高。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种自适应有限调节环路幅值控制交流逆变发射机，解决了上述背景技术中提出的问题。
6.为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种自适应有限调节环路幅值控制交流逆变发射机，包括正弦波给定信号idem、反馈信号iout、补偿环路，还包括比较器u3b、电阻r9、电阻r11、电阻r12、电阻r13、三极管q1、二极管d4、电容c4、比较器u2b以及、比较器u3b、比较器u4b、比较器u5b、比较器u6b；
7.所述比较器u5b、比较器u6b均与比较器u2b电性连接，所述比较器u2b电性连接有二极管d1、二极管d2，所述比较器u5b电性连接有电阻r15、电容c5、电阻r14、二极管d5，所述二极管d5与比较器u2b电性连接，所述二极管d5电性连接有二极管d6，所述二极管d6电性连接有电阻r16，所述电阻r16电性连接有电阻r17和电容c6。
8.优选的，所述二极管d1、二极管d2、二极管d5、二极管d6采用压降小的肖特基二极管。
9.优选的，所述比较器u3b电性连接有电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、二极管d4、电阻r13，所述电阻r13与比较器u4b电性连接。
10.优选的，所述补偿环路由u1b、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1、电容c2、电容c3组成。
11.优选的，所述u1b分别与电阻r2、电阻r3、电阻r4电性连接。
12.优选的，所述u1b电性连接有电阻r5、二极管d1，所述二极管d1与u2b电性连接。
13.优选的，所述u2b电性连接有电阻r6、电阻r7、电阻r8以及二极管d1、二极管d2、二极管d3。
14.本实用新型提供了一种自适应有限调节环路幅值控制交流逆变发射机，具备以下有益效果：
15.该自适应有限调节环路幅值控制交流逆变发射机，通过在现有的逆变控制电路的基础上增加了比较器u4b构成的射随，比较器u5b、比较器u6b构成的峰、谷值采样、保持、钳位电路，最后通过二极管d1、二极管d2钳位vloop送到比较器u2b的最高、最低幅，为了获得较为精确的钳位电压值，无论环路输出vloop因何原因波动超过三角波v电阻ramp峰值或谷值，经钳位后，调制出来的spwm信号始终能保持固定周期内的最小或最大占空比输出，从而避免spwm进入无周期的高电平或低电平，造成控制不稳定或电路器件损坏。并且以峰、谷值的采样、固定降压来作为vloop的上、下限幅值限制，具有自适应性，优于采用固定电压幅值限制，大大提升了电路对因参数、器件差异造成v电阻ramp信号峰、谷值差异性的适应能力，提升了配置功率器件的使用效率。
附图说明
16.图1为本实用新型的电路结构示意图；
17.图2为本实用新型vloop高于v电阻ramp峰值对应spwm波形的示意图；
18.图3为本实用新型vloop低于v电阻ramp谷值对应spwm波形示意图；
19.图4为现有的锯齿波脉宽调制信号生成原理图；
20.图5为现有的三角波脉宽调制信号生成原理图；
21.图6为现有的逆变环路控制及三角波脉宽调制信号生成示意图；
22.图7为现有的vloop为正信号对应spwm波形示意图；
23.图8为现有的vloop为负信号对应spwm波形示意图；
24.图9为现有的vloop高于v电阻ramp峰值对应spwm波形示意图；
25.图10为现有的vloop低于v电阻ramp谷值对应spwm波形示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.实施例一：参照图1-图10，本实用新型提供了一种自适应有限调节环路幅值控制交流逆变发射机，包括正弦波给定信号idem、反馈信号iout、补偿环路，还包括比较器u3b、电阻r9、电阻r11、电阻r12、电阻r13、三极管q1、二极管d4、电容c4、比较器u2b以及、比较器u3b、比较器u4b、比较器u5b、比较器u6b；
28.比较器u5b、比较器u6b均与比较器u2b电性连接，比较器u2b电性连接有二极管d1、二极管d2，比较器u5b电性连接有电阻r15、电容c5、电阻r14、二极管d5,二极管d5与比较器u2b电性连接，二极管d5电性连接有二极管d6，二极管d6电性连接有电阻r16，电阻r16电性连接有电阻r17和电容c6。
29.其中，二极管d1、二极管d2、二极管d5、二极管d6采用压降小的肖特基二极管。
30.其中，比较器u3b电性连接有电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、二极管d4、电阻r13，电阻r13与比较器u4b电性连接。
31.其中，补偿环路由u1b、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1、电容c2、电容c3组成。
32.其中，u1b分别与电阻r2、电阻r3、电阻r4电性连接。
33.其中，u1b电性连接有电阻r5、二极管d1，二极管d1与u2b电性连接。
34.其中，u2b电性连接有电阻r6、电阻r7、电阻r8以及二极管d1、二极管d2、二极管d3。
35.参阅图6-10，现有逆变控制方案如图6所示，其基本原理为：i二极管dem作为正弦波给定信号，iout作为反馈信号(既可以是电流，也可以是电压)，通过由u1b、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1、电容c2、电容c3组成的补偿环路进行误差信号环路补偿，获得环路输出vloop。固定频率的方波信号s三极管qua电阻re通过比较器u3b与6脚电阻r9、电阻r11的分压信号进行比较，输出信号通过电阻r12、电阻r13、三极管q1、二极管d4充放电环节对电容c4充电、放电，得到v电阻ramp的三角波信号，vloop信号再与v电阻ramp信号通过比较器u2b进行比较，最终得到spwm的脉宽调制信号。
36.其中，补偿环路输出vloop信号工作过程中为正信号时，得到的是占空比低于50％的spwm信号，如图7所示；为负信号时，得到的是占空比高于50％的spwm信号，如图8所示。
37.图7、图8展示了正常工作时，环路输出vloop产生的spwm波形。但在实际工作中，因负载突变、大幅扰动，或源端突变扰动，环路输出vloop暂态工作可能会进入极端状况，电压值可能会高于三角波v电阻ramp的峰值，也可能低于三角波v电阻ramp的谷值。而根据比较u2b工作机理，当vloop高于三角波v电阻ramp的峰值时，这时u2b输出的spwm信号为一个无
周期的低电平信号，如图9所示；当vloop低于三角波v电阻ramp的谷值时，这时u2b输出的spwm信号为一个无周期的高电平信号，如图10所示。
38.spwm一旦进入无周期的高电平或低电平，spwm信号将难以进行固定周期的驱动分配，也会造成主回路一对桥臂的无周期导通工作，导致回路电流持续增大直至保护，或者电感/变压器连续工作直至饱和，甚至造成因电流过大保护不及时而产生器件损坏。而限制vloop的幅值，从补偿回路来说，当然可以，但补偿回路的最高、最低输出幅值，受辅助电源幅值、波动影响，受运放输出幅值差异性影响，难以做到精确，而且三角波的峰、谷值，受电源、器件参数误差影响，离散性也较大，而要兼容这些误差，只能将vloop幅值限制大大低于v电阻ramp峰值，大大高于v电阻ramp谷值，而这样，spwm的最大、最小占空比将会受到限制，带来主功率回路电压升高、磁性元件(电感/变压器)器件增大，损耗增大、成本增高。
39.图1为交流逆变自适应有限调节环路幅值控制电路，该电路在图6电路的基础上，增加了比较器u4b构成的射随，比较器u5b、比较器u6b构成的峰、谷值采样、保持、钳位电路，最后通过二极管d1、二极管d2钳位vloop送到比较器u2b的最高、最低幅值。
40.其基本工作原理为：比较器u4b通过射随采样v电阻ramp信号，以使采样电路对电容c4充放电时间几乎不受影响；二极管d5、电阻r15、电阻r14、电容c5采样v电阻ramp的峰值，通过二极管二极管d5固定降压，电阻r15、电阻r14分压，并经电容c5保持，得到一个比v电阻ramp峰值略低的一个电压值，并经过比较器u5b射随保持，获得环路输出上限控制信号up_lim；同理，二极管d6、电阻r16、电阻r17、电容c6采样v电阻ramp的谷值，通过二极管二极管d6固定降压，电阻r16、电阻r17分压，并经电容c6保持，得到一个比v电阻ramp谷值略高的一个电压值，并经过比较器u6b射随保持，获得环路输出下限控制信号二极管down_lim。环路输出信号vloop通过电阻电阻r5送入比较器u2b的6脚，如果vloop信号超过v电阻ramp的峰值，则二极管二极管d1导通，u2b的6脚自动限制在于v电阻ramp峰值信号对应的钳位信号up_lim以下，从而使u2b输出的spwm信号能保持固定周期内一个最小占空比的输出，如图2所示；如果vloop信号低于v电阻ramp的谷值，则二极管二极管d2导通，u2b的6脚自动限制在于v电阻ramp谷值信号对应的钳位信号二极管down_lim以上，从而使u2b输出的spwm信号能保持固定周期内一个最大占空比的输出，如图3所示。
41.为了获得较为精确的钳位电压值，二极管d1、二极管d2、二极管d5、二极管d6采用压降小的肖特基二极管，通过合理调节分压电阻电阻r14、电阻r15和电阻r16、电阻r17，精确设计钳位电压值up_lim、二极管down_lim与三角波v电阻ramp峰、谷值电压差，从而尽可能控制spwm的有效工作宽度，
42.通过图2、图3的钳位控制，可以看到：无论环路输出vloop因何原因波动超过三角波v电阻ramp峰值或谷值，经钳位后，调制出来的spwm信号始终能保持固定周期内的最小或最大占空比输出，从而避免spwm进入无周期的高电平或低电平，造成控制不稳定或电路器件损坏。并且以峰、谷值的采样、固定降压来作为vloop的上、下限幅值限制，具有自适应性，优于采用固定电压幅值限制，大大提升了电路对因参数、器件差异造成v电阻ramp信号峰、谷值差异性的适应能力，提升了配置功率器件的使用效率。
43.综上，该自适应有限调节环路幅值控制交流逆变发射机，使用时，比较器u4b通过射随采样v电阻ramp信号，以使采样电路对电容c4充放电时间几乎不受影响；二极管d5、电阻r15、电阻r14、电容c5采样v电阻ramp的峰值，通过二极管二极管d5固定降压，电阻r15、电
阻r14分压，并经电容c5保持，得到一个比v电阻ramp峰值略低的一个电压值，并经过比较器u5b射随保持，获得环路输出上限控制信号up_lim；同理，二极管d6、电阻r16、电阻r17、电容c6采样v电阻ramp的谷值，通过二极管二极管d6固定降压，电阻r16、电阻r17分压，并经电容c6保持，得到一个比v电阻ramp谷值略高的一个电压值，并经过比较器u6b射随保持，获得环路输出下限控制信号二极管down_lim，
44.环路输出信号vloop通过电阻电阻r5送入比较器u2b的6脚，如果vloop信号超过v电阻ramp的峰值，则二极管二极管d1导通，u2b的6脚自动限制在于v电阻ramp峰值信号对应的钳位信号up_lim以下，从而使u2b输出的spwm信号能保持固定周期内一个最小占空比的输出；
45.如果vloop信号低于v电阻ramp的谷值，则二极管二极管d2导通，u2b的6脚自动限制在于v电阻ramp谷值信号对应的钳位信号二极管down_lim以上，从而使u2b输出的spwm信号能保持固定周期内一个最大占空比的输出，
46.最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
47.其次：本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互组合；
48.最后：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。