一種權電阻網(wǎng)絡參考正弦發(fā)生器

摘要：提出了一種權電阻參考正弦發(fā)生器，介紹了單相、三相參考正弦的產(chǎn)生原理和電路設計。最后給出了電路、各級波形。該電路具有成本低、簡單、可靠性高等優(yōu)點。

關鍵詞：參考正弦權電阻正弦脈寬調(diào)制

1引言

正弦脈寬調(diào)制器是靜止變頻器控制電路中的核心單元。其中正弦波發(fā)生器又是關鍵，因為參考（或稱樣本）正弦波形的好壞，直接影響著逆變器輸出波形失真度、幅值和相位對稱性的質(zhì)量。其產(chǎn)生方式又關系到變頻器是否具有靈活快捷調(diào)節(jié)輸出電壓、頻率的功能。

由DYNEX公司生產(chǎn)的SA××××系列大規(guī)模專用集成電路與80C196MC/MD單片機等構成的正弦脈寬調(diào)制器，具有集成度高，硬件結構簡單等優(yōu)點，但其價格高，需要專用開發(fā)裝置，交叉匯編，軟件設計復雜。而采用EPROM和D/A產(chǎn)生參考正弦，也是一種較流行的辦法，但是EPROM工作電壓低（＋5V）與其相關的電路均要采用＋5V供電，不便于同其它電路（CMOS，線性集成電路）的電平相匹配，而且TTL電平的抗干擾容限也低。

本文介紹一種加權電阻網(wǎng)絡合成正弦波脈寬調(diào)制器的工作原理及有關參數(shù)的設計。

2參考正弦產(chǎn)生原理

圖1為一反相比例運算放大器

u0=um(1)

若Ri為一可編程電阻，那么AV為可編程增益放大器。設：Ri=i=0,1,2……（mf－1)(2)

則u0=umsin(ωti)（略去負號）

Ri稱為加權電阻，Ri與采樣時刻ωti有關，i為采樣序號。um為正弦波的幅值。mf為頻率調(diào)制比，mf越高，參考正弦的階梯數(shù)越多，越接近理想的正弦波。實際上，mf也不必選取過大，因為過高的開關頻率將使功率器件開關損耗增大，另一方面mf選取過大使權電阻數(shù)增多，給電阻值選取也帶來一定的困難，通常mf?10即可。

3單相參考正弦發(fā)生器

單相全橋變頻器通常采用兩路相位相反的正弦調(diào)制波，mf為偶數(shù)。這樣逆變橋輸出可得到倍頻效果。第一組諧波集中在2fs頻率附近[1][2]，有利于濾波輸出。權電阻為Ri=i=0,1,2……INT()(3)

圖2單相參考正弦波發(fā)生器

圖3單極性三相正弦波

圖4三相T/6正弦波形發(fā)生器

其中，INT（）表示取整數(shù)。

由于正弦波的對稱性，僅算出T/4(T為調(diào)制波周期）的權電阻即可。mf=30的一種電路如圖2所示。u0為半波正弦，由此可得到兩路反相的雙極性的正弦調(diào)制波。

4三相參考正弦發(fā)生器

觀察三相單極性正弦波可以發(fā)現(xiàn)，每T/6的波形是重復的，如圖3所示。因此要得到三相正弦調(diào)制波形，只要具備T/6的波形信息，就可以拼接出完整的三相正弦調(diào)制波形。這樣作的優(yōu)點是可以減小權電阻的數(shù)目，拼接可由集成電路完成，利于制作調(diào)試。三相逆變器mf的選取原則是：mf為奇數(shù)，且為3的倍數(shù)[3]。當mf=27時，一種產(chǎn)生三相T/6波形電路如圖4所示。由此可得完整的三相正弦波調(diào)制波形。

權電阻Ri為：Ri=i=0,1,2……INT（）（4）

圖4表明，三相僅用了7只權電阻。其中R7=RF，剩下6只電阻是極易選配的，要達到1％以上的精度并不困難。R5分為兩只相等的電阻，是為了避免多個通道同時選中時產(chǎn)生的并聯(lián)效應。由于篇幅關系，三相正負半周對稱的正弦調(diào)制波生成辦法不再一一贅述，僅給出有關時序圖（圖5）和邏輯表達式：（5）

其中一相的輸出波形見圖6。

5正弦脈寬調(diào)制

權電阻網(wǎng)絡的輸入電壓（um）可由變頻器的電壓反饋調(diào)節(jié)電路（PID）提供，可以很方便地控制參考正弦的幅值（ma），實現(xiàn)正弦調(diào)寬的目的。正弦波調(diào)制信號產(chǎn)生以后，選擇適當?shù)腜WM集成芯片（例如MC3520，UC3637等）就可以構成完整的正弦脈寬調(diào)制器了，本文不再一一述及。

圖5時序及波形關系圖

6結語

本文提出的權電阻網(wǎng)絡正弦脈寬調(diào)制器，使用的權電阻少，容易實現(xiàn)。三相正弦調(diào)制波共用一組加權電阻，三相的一致性好（相位、幅值），可方便快捷地實現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)壓。可派生不同調(diào)制頻率fo和不同頻率調(diào)制比mf的正弦脈寬調(diào)制器。該電路突出的優(yōu)點是簡單、實用、成本低、可靠性高。對于中小功率的變頻器仍不失為一種良好的選擇。該電路已應用到小功率的靜止變頻電源中。

圖6權電阻網(wǎng)絡正弦脈寬發(fā)生器其中一相的輸出波形

參考文獻

1張立等.現(xiàn)代電力電子技術.科學出版社，1993

2張一工等.現(xiàn)代電力電子技術原理與應用.科學出版社，1999

3王兆安等譯.電力半導體變流電路.機械工業(yè)出版社，1993

4吳保芳等.一種高性能的正弦脈寬調(diào)制器.電氣傳動，1999（4）