一種權電阻網絡參考正弦發生器

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

關鍵詞：參考正弦權電阻正弦脈寬調制

1引言

正弦脈寬調制器是靜止變頻器控制電路中的核心單元。其中正弦波發生器又是關鍵，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量。其產生方式又關系到變頻器是否具有靈活快捷調節輸出電壓、頻率的功能。

由DYNEX公司生產的SA××××系列大規模專用集成電路與80C196MC/MD單片機等構成的正弦脈寬調制器，具有集成度高，硬件結構簡單等優點，但其價格高，需要專用開發裝置，交叉匯編，軟件設計復雜。而采用EPROM和D/A產生參考正弦，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絡合成正弦波脈寬調制器的工作原理及有關參數的設計。

2參考正弦產生原理

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為頻率調制比，mf越高，參考正弦的階梯數越多，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單相參考正弦發生器

單相全橋變頻器通常采用兩路相位相反的正弦調制波，mf為偶數。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單相參考正弦波發生器

圖3單極性三相正弦波

圖4三相T/6正弦波形發生器

其中，INT（）表示取整數。

由于正弦波的對稱性，僅算出T/4(T為調制波周期）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制波。

4三相參考正弦發生器

觀察三相單極性正弦波可以發現，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制波形。這樣作的優點是可以減小權電阻的數目，拼接可由集成電路完成，利于制作調試。三相逆變器mf的選取原則是：mf為奇數，且為3的倍數[3]。當mf=27時，一種產生三相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生的并聯效應。由于篇幅關系，三相正負半周對稱的正弦調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正弦脈寬調制

權電阻網絡的輸入電壓（um）可由變頻器的電壓反饋調節電路（PID）提供，可以很方便地控制參考正弦的幅值（ma），實現正弦調寬的目的。正弦波調制信號產生以后，選擇適當的PWM集成芯片（例如MC3520，UC3637等）就可以構成完整的正弦脈寬調制器了，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絡正弦脈寬調制器，使用的權電阻少，容易實現。三相正弦調制波共用一組加權電阻，三相的一致性好（相位、幅值），可方便快捷地實現調頻、調壓。可派生不同調制頻率fo和不同頻率調制比mf的正弦脈寬調制器。該電路突出的優點是簡單、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權電阻網絡正弦脈寬發生器其中一相的輸出波形

參考文獻

1張立等.現代電力電子技術.科學出版社，1993

2張一工等.現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.機械工業出版社，1993

4吳保芳等.一種高性能的正弦脈寬調制器.電氣傳動，1999（4）