多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置及變頻器的製作方法
2023-05-10 11:24:31 1
專利名稱：多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置及變頻器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種脈衝產生裝置及採用該脈衝產生裝置的變頻器，尤其涉及一種多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置及採用該多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置的變頻器。
背景技術：
目前，在中、高壓變頻領域中，基於模塊式架構的變頻器系統，為了產生多路具有嚴格相位關係的正弦脈寬調製(Sinusoidal Pulse-WidthModulation，SPWM)驅動波形，普遍採用微程序控制器(Micro ControllerUnit，MCU)與定時晶片結合的方式。使用微程序控制器產生基本的正弦脈寬調製脈衝數值，然後寫入到可編程定時晶片如8253，由定時晶片產成脈衝，最終由多片定時晶片產生多路具有一定相位差的脈衝。
採用上述現有技術方式存在的缺點如下第一，每個定時晶片對應固定組輸出，所以要多路輸出是要搭配適當數量的定時晶片，當應用於不同輸出組數時，需要更換不同的定時晶片，如3組、6組和10組搭配的定時晶片各不相同；第二，由於輸出與定時晶片是硬體連接的，所以不能實現對輸出信號的組數的動態配置，無法滿足如冗餘，故障保護等需要動態改變組配置的要求。
實用新型內容為克服現有技術變頻器系統採用的脈衝產生裝置應用靈活性差及無法實現對輸出信號的組數動態配置的缺陷，本實用新型提供一種能實現對輸出信號的組數動態配置的多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置。
本實用新型還提供一種採用上述多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置的變頻器。
本實用新型為解決上述技術問題所提供的一種技術方案是提供一種多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置，該裝置包括數位訊號處理模塊和脈衝產生單元，該數位訊號處理模塊包括輸入端和脈衝周期信號輸出端，該脈衝產生單元包括定時器和多個計數器，該定時器包括連接至該數位訊號處理模塊的脈衝周期信號輸出端的脈衝周期信號輸入端和定時信號輸出端，每一計數器包括連接至該數位訊號處理模塊的脈衝周期信號輸出端的脈衝周期信號輸入端、連接至該定時器的定時信號輸出端的定時信號輸入端和脈衝信號輸出端。
本實用新型還提供一種具有主控板的變頻器，該變頻器的主控板包括電源、時鐘振蕩器、多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置和存儲器，該電源為時鐘振蕩器、多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置和存儲器提供工作電壓，該時鐘振蕩器產生時鐘信號並提供至多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置，該多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置包括數位訊號處理模塊和脈衝產生單元，該數位訊號處理模塊包括輸入端和脈衝周期信號輸出端，該存儲器接收並存儲由該數位訊號處理模塊的脈衝周期信號輸出端輸出的信號，該脈衝產生單元包括定時器和多個計數器，該定時器包括連接至該數位訊號處理模塊的脈衝周期信號輸出端的脈衝周期信號輸入端和定時信號輸出端，每一計數器包括連接至該數位訊號處理模塊的脈衝周期信號輸出端的脈衝周期信號輸入端、連接至該定時器的定時信號輸出端的定時信號輸入端和脈衝信號輸出端。
與現有技術相比，本實用新型的多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置由於採用該數位訊號處理模塊結合包括定時器和多個計數器的脈衝產生單元，利用該數位訊號處理模塊高效的數字處理能力和脈衝產生單元高速並行處理能力，可以實現理想的功能，脈衝產生單元可以通過定時器和多個計數器靈活的進行重配置，適用不同的正弦脈寬調製組數需要，無需變更硬體，即實現對輸出脈衝信號的組數動態配置。如上所述，本實用新型採用該多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置的變頻器簡化了產品系列化的程序，同時可以實現對輸出脈衝信號的組數的動態配置。
圖1是本實用新型多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置的模塊示意圖；圖2是本實用新型採用圖1所示的多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置的變頻器主控板的模塊示意圖。
具體實施方式請參閱圖1，是本實用新型多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置的一種實施方式的示意圖。該多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置包括數位訊號處理(Digital Signal Processing，DSP)模塊10和現場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)20。該數位訊號處理模塊10包括速度給定端S0、其他給定端S1、工藝反饋端S2、其他反饋端S4和脈衝周期信號輸出端AD，該速度給定端S0、其他給定端S1、工藝反饋端S2、其他反饋端S4均為信號輸入端。該現場可編程門陣列20包括定時器200和多個計數器210，該定時器200包括脈衝周期信號輸入端ADI和定時信號輸出端T，每一計數器包括脈衝周期信號輸入端ADI、定時信號輸入端TI、脈衝信號輸出端SPWMX和SPWMY。該脈衝周期信號輸出端AD、該定時器的脈衝周期信號輸入端ADI以及每一計數器的脈衝周期信號輸入端ADI都以地址/數據總線形式的表現。
該數位訊號處理模塊10根據速度給定端S0和其他給定端S1的給定數據，並結合工藝反饋端S2和其他反饋端S4的反饋數據計算出當前輸出適當的32位數位訊號，並由該脈衝周期信號輸出端AD輸出，該32位數位訊號表示脈衝波形的脈衝周期。
該現場可編程門陣列20為脈衝產生單元，該定時器200通過脈衝周期信號輸入端ADI接收該表示脈衝波形的周期的32位數位訊號，並由定時信號輸出端T輸出對應於該脈衝波形的周期的24位脈衝控制信號。每一計數器210的定時信號輸入端TI接收計數控制信號，每一計數器210的脈衝周期信號輸入端ADI接收由該數位訊號處理模塊10輸出的脈衝波形的周期的32位數位訊號，而且每一計數器210在計數控制信號控制下對該數位訊號處理模塊10寫入的數值信號進行計數，以該計數器210的最高位作為脈衝輸出，並由該計數器210的脈衝信號輸出端SPWMX和SPWMY輸出。
如上所述，該數位訊號處理模塊10隻負責數值運算，把波形產生任務分配到該現場可編程門陣列20產生，每一計數器210接收該數位訊號處理模塊10寫入的32位數值數據，然後在該定時器200輸出的同步定時信號的控制下，由內部時序邏輯產生與32位數值數據對應的正弦脈寬調製的脈衝波形。
本實施方式中，該多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置採用該數位訊號處理模塊10結合現場可編程門陣列20，利用該數位訊號處理模塊10高效的數字處理能力和現場可編程門陣列20高速並行處理能力，將脈衝產生方式由主從方式改為多路獨立方式。每一路脈衝由獨立的電路產生，各路之間嚴格的相位關係通過高速時鐘來保證。因此產生多路脈衝的相位精確，一致性好。
由於採用該數位訊號處理模塊10結合現場可編程門陣列20，利用該數位訊號處理模塊10高效的數字處理能力和現場可編程門陣列20高速並行處理能力，可以實現理想的功能。現場可編程門陣列20可以靈活的進行重配置，適用不同的正弦脈寬調製組數需要，無需變更硬體，即實現對輸出信號的組數動態配置。系列化的產品也可以共用系統的控制電路板。節省開發成本和維護開銷。
請參閱圖2，是採用上述實施方式的多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置的變頻器主控板的模塊示意圖。該變頻器是一6000V高壓變頻器，其主控板包括上述實施方式中的數位訊號處理模塊10、現場可編程門陣列20以及電源30、時鐘振蕩器40、數字量輸入單元50、模擬量輸入單元60、通信接口70、內存單元80、存儲器90和脈衝輸出單元5。該電源30使用線性穩壓IC產成需要的5V和2.5V工作電源，且該電源30為數位訊號處理模塊10、時鐘振蕩器40、數字量輸入單元50、模擬量輸入單元60、通信接口70、內存單元80和存儲器90提供5V工作電源，該電源30為現場可編程門陣列20提供2.5V工作電源。該數位訊號處理模塊、現場可編程門陣列20、內存單元80、存儲器90等模塊以總線連接。
採用時鐘振蕩器40產生40M系統時鐘信號提供至該數位訊號處理模塊10和現場可編程門陣列20。各種給定和反饋信號通過數字量輸入單元50和模擬量輸入單元60以數據信號輸入到數位訊號處理模塊10中，該數位訊號處理模塊10在上位機及觸控螢幕通過通信接口70的監控下進行工作，在運行狀態下，數位訊號處理模塊10根據給定信號，參數計算出當前的正弦脈寬調製的脈衝數值，通過總線寫入現場可編程門陣列20，由現場可編程門陣列20產生多組正弦脈寬調製的脈衝波形輸出。
該主控板可實現多種配置，配置通過在線下載器直接下載到現場可編程門陣列20中進行配置，通過配置可滿足6000V下的6組，也可以滿足10KV 10組。實際上可以實現從3到10組的可配置組數。同時可以通過數位訊號處理模塊10軟體控制的方式實現既定組下的動態配置。例如在6000V配置下，當一組功率模塊出現故障時，可以動態屏蔽故障組，實現5組降額運行，不中斷用戶負載工作。這同時也可以實現冗餘功能上。
權利要求1.一種多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置，其特徵在於包括數位訊號處理模塊和脈衝產生單元，該數位訊號處理模塊包括輸入端和脈衝周期信號輸出端，該脈衝產生單元包括定時器和多個計數器，該定時器包括連接至該數位訊號處理模塊的接收脈衝周期定時信號輸出的脈衝周期地址/數據總線，每一計數器包括連接至該數位訊號處理模塊的接收脈衝周期信號輸出脈衝周期地址/數據總線、連接至該定時器的定時信號輸出端的定時信號輸入端和脈衝信號輸出端。
2.如權利要求1所述的多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置，其特徵在於該脈衝周期信號輸出端、該定時器的脈衝周期信號輸入端以及每一計數器的脈衝周期信號輸入端都以地址/數據總線形式的表現。
3.如權利要求1所述的多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置，其特徵在於該數位訊號處理模塊根據其輸入端接收的給定數據和反饋數據計算出脈衝周期信號並由脈衝周期信號輸出端輸出，該定時器的脈衝周期信號輸入端接收該脈衝周期信號，並產生同步時鐘信號由定時信號輸出端輸出。
4.如權利要求3所述的多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置，其特徵在於每一計數器由其脈衝周期信號輸入端接收該脈衝周期信號，由其定時信號輸入端接收該同步時鐘信號，並由脈衝信號輸出端輸出與該脈衝周期信號對應的脈衝波形。
5.如權利要求3所述的多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置，其特徵在於該數位訊號處理模塊的輸入端包括給定數據端和反饋信號端，由該給定數據端輸入給定數據，由該反饋信號端輸入反饋數據。
6.一種具有主控板的變頻器，該變頻器的主控板包括電源、時鐘振蕩器、多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置和存儲器，該電源為時鐘振蕩器、多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置和存儲器提供工作電壓，該時鐘振蕩器產生時鐘信號並提供至多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置，其特徵在於該多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置包括數位訊號處理模塊和脈衝產生單元，該數位訊號處理模塊包括輸入端和脈衝周期信號輸出端，該存儲器接收並存儲由該數位訊號處理模塊的脈衝周期信號輸出端輸出的信號，該脈衝產生單元包括定時器和多個計數器，該定時器包括連接至該數位訊號處理模塊的脈衝周期信號輸出端的脈衝周期信號輸入端和定時信號輸出端，每一計數器包括連接至該數位訊號處理模塊的脈衝周期信號輸出端的脈衝周期信號輸入端、連接至該定時器的定時信號輸出端的定時信號輸入端和脈衝信號輸出端。
7.如權利要求6所述的變頻器，其特徵在於該數位訊號處理模塊根據其輸入端接收的給定數據和反饋數據計算出脈衝周期信號並由脈衝周期信號輸出端輸出，該定時器的脈衝周期信號輸入端接收該脈衝周期信號，並產生同步時鐘信號由定時信號輸出端輸出，每一計數器由其脈衝周期信號輸入端接收該脈衝周期信號，由其定時信號輸入端接收該同步時鐘信號，並由脈衝信號輸出端輸出與該脈衝周期信號對應的脈衝波形。
8.如權利要求7所述的變頻器，其特徵在於該變頻器進一步包括數位訊號輸入單元和模擬信號輸入單元，給定數據和反饋數據通過該數位訊號輸入單元和模擬信號輸入單元提供給該數位訊號處理模塊，該數位訊號處理模塊的輸入端包括給定數據端和反饋信號端，由該給定數據端輸入給定數據，由該反饋信號端輸入反饋數據。
9.如權利要求7所述的變頻器，其特徵在於該脈衝周期信號輸出端、該定時器的脈衝周期信號輸入端以及每一計數器的脈衝周期信號輸入端都以地址/數據總線形式的表現。
10.如權利要求7所述的變頻器，其特徵在於該變頻器進一步包括與外圍設備連接的通信接口。
專利摘要本實用新型涉及一種多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置，該多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置包括數位訊號處理模塊和脈衝產生單元，該數位訊號處理模塊包括輸入端和脈衝周期信號輸出端，該脈衝產生單元包括定時器和多個計數器，該定時器包括連接至該數位訊號處理模塊的脈衝周期信號輸出端的脈衝周期信號輸入端和定時信號輸出端，每一計數器包括連接至該數位訊號處理模塊的脈衝周期信號輸出端的脈衝周期信號輸入端、連接至該定時器的定時信號輸出端的定時信號輸入端和脈衝信號輸出端。該多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置可以實現對輸出脈衝信號的組數動態配置。本實用新型還提供一種採用該多路正弦脈寬調製脈衝產生裝置的變頻器。
文檔編號H02M1/08GK2867714SQ20062005385
公開日2007年2月7日 申請日期2006年1月13日 優先權日2006年1月13日
發明者黃榮宇, 武貴林, 周邦華 申請人:深圳市中傳電氣技術有限公司