專利名稱：具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動機的控制或調(diào)節(jié)領(lǐng)域，尤其涉及一種應用半導體器件的電動機速度控制裝置。
背景技術(shù)：
近年來，由于電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電氣設備越來越多地采用了高效節(jié)能地新技術(shù)，但隨之而出現(xiàn)的非線性負荷，也產(chǎn)生了大量的諧波電流，這就對電力系統(tǒng)以及相關(guān)的電氣設備帶來了非常嚴重的危害。在衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的標準時，僅考慮頻率和電壓的允許偏差值是遠遠不夠的，波形畸變便是影響電能質(zhì)量的一個重要因素。國際電工委員會(IEC)對電力電網(wǎng)電壓正弦波形畸變的極限值有明確的規(guī)定電磁兼容(EMC)標準IEC61000-3-2，它也被采納作為歐洲標準EN61000-3-2，有關(guān)諧波電流發(fā)射限值的中國國家標準GB17625.1-1998，要求用戶對接入電網(wǎng)的設備產(chǎn)生的諧波應采取一定措施進行抑制。
電網(wǎng)是一個不可分割的整體，與低壓電網(wǎng)連接的電氣電子設備會受到電網(wǎng)中電壓瞬時跌落，短時中斷和電壓漸變的影響。它們是由于供電電網(wǎng)、變電設備發(fā)生故障和負荷突然發(fā)生大的波動或負荷連續(xù)變化引起的。國際電工委員會(IEC)對電壓瞬時跌落、短時中斷和電壓漸變也做出了明確的規(guī)定電磁兼容(EMC)標準IEC61000-4-11(1994)，等同的我國國家標準為GB/T17626.11-1998。
對目前三相交流發(fā)電機組發(fā)出的電壓而言，認為基波為正弦波，即波形中基本無直流量和高次諧波分量。但是，如果系統(tǒng)中有較強的諧波源，又沒有采取有效的限制措施，電網(wǎng)的電壓及電流波形就會產(chǎn)生畸變。這種畸變的正弦波可用傅里葉級數(shù)分解成為一個直流量，基波正弦量和一系列頻率為基波頻率整數(shù)倍的高次諧波正弦分量之和。
電機調(diào)速方法中一般采用晶閘管方案，利用移相觸發(fā)的方法控制晶閘管的導通角，但導通角的變化會造成諧波嚴重。隨著電力半導體的不斷發(fā)展，脈沖寬度調(diào)制(PWM，Pulse-WidthModulation)技術(shù)的應用成為可能，PWM用于諧波抑制的方法主要有以下幾種1.選擇性諧波抑制PWM技術(shù)(SHE-PWM)，通過開關(guān)角控制來消除特定次數(shù)的諧波。若要消除N個諧波分量，它需要通過求解一個N元一次的非線性方程組來獲得N個開關(guān)角。這種方法在消除某幾個特定次數(shù)的諧波分量時效果很好，而且計算量不大，可以比較容易的實現(xiàn)。但是當要消除的諧波分量數(shù)目增多時，實現(xiàn)起來將會變得比較復雜。
2.多級PWM技術(shù)(Multilevel PWM)，將開關(guān)變流電路多電平化，它可以在不改變開關(guān)頻率的情況下達到成倍的抑制諧波的效果。但它同樣需要求解非線性方程組來獲得，這種技術(shù)在逆變器中會用到，該方案實現(xiàn)起來復雜且成本昂貴。
3.正弦PWM技術(shù)(SPWM)，將開關(guān)高頻化，即在每半個開關(guān)周期中，每個開關(guān)元件通斷N次，并使導通時間按正弦規(guī)律變化，則電壓波形中除基波外，諧波很少，輸出電流非常接近正弦，但是會增大高次諧波分量，需要外加濾波器。這種方案如果利用模擬電路來實現(xiàn)相對較簡便，但是很難實現(xiàn)軟啟動，因為波形發(fā)生不易控制；如果利用數(shù)字電路來實現(xiàn)波形的發(fā)生較困難，但是一旦突破了這一點，軟啟動實現(xiàn)較簡便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種以正弦PWM技術(shù)為基礎的、改進了其SPWM的生成方法、利用數(shù)字電路來實現(xiàn)諧波抑制和軟啟動的具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路。
本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，其特征是該電機調(diào)速集成電路根據(jù)下述公式生成SPWM信號的脈寬 其中，設正弦信號的周期為T0，在半個周期內(nèi)有p個脈沖信號對于第k個矩形脈沖，記它的相位角為ak，脈沖寬度為σk，將脈寬差分為四段，若最小脈寬為δ，則各段脈寬差可記為2δ、δ、-δ和-2δ，每段對應的脈沖為k=1~[13p],[13p]~[12p],[12p]~[23p]]]>和[23p]~p.]]>其中所述的集成電路按照下述方式生成和輸出SPWM信號(1)用其內(nèi)部的頻率時鐘信號對交流正弦波進行記數(shù)；(2)將記數(shù)結(jié)果分為1~[13p],[13p]~[12p],[12p]~[23p]]]>和[23p]~p]]>(3)當記數(shù)結(jié)果為1~[13p]]]>時，加記數(shù)器按序列1、3、5、……、2k-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖；(4)當記數(shù)結(jié)果為[13p]~[12p]]]>時，加記數(shù)器按序列2k-1、2k、2k+1、……．、p/3+k-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖；(5)當記數(shù)結(jié)果為[12p]~[23p]]]>時，減記數(shù)器按序列p/3+k、p/3+k+1、……．、4p/3-k-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖；(6)當記數(shù)結(jié)果為[12p]~[23p]]]>時，減記數(shù)器按序列4p/3-k、p/3-k+1、……．、2(p-k)-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖。
本發(fā)明還提供了一種具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，其特征是該集成電路由過零比較單元、6位A/D變換單元、振蕩器及頻率同步單元、頻率自適應反饋單元、控制量軟調(diào)節(jié)單元、軟啟動過程和正常工作時的脈寬計算及輸出單元、輸出選擇單元和脈沖轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成；其中，過零比較單元把電網(wǎng)中的交流正弦信號轉(zhuǎn)換成一個同步的方波信號；6位A/D變換單元給功率控制提供64級精度；頻率自適應反饋單元是針對輸入頻率變化調(diào)整電路中的一個特征值，使得控制部分能夠在新的頻率下正常工作；振蕩器及頻率同步單元為內(nèi)部電路提供時鐘信號，并使經(jīng)過過零比較單元的交流信號與時鐘信號同步；控制量軟調(diào)節(jié)單元使軟啟動剛結(jié)束到6位A/D變換單元進來的控制量之間進行平滑控制，以免對電網(wǎng)造成沖擊；軟啟動過程和正常工作時的脈寬計算及輸出單元是推導計算進行設計的；輸出選擇單元控制集成電路的SPWM信號輸出為一路或兩路；脈沖轉(zhuǎn)換單元主要是將軟啟動和軟調(diào)節(jié)部分計算出來的結(jié)果轉(zhuǎn)換成脈沖輸出。
其中所述的頻率自適應反饋單元包括頻率初值預置電路和頻率自適應反饋電路；所述的軟啟動過程脈寬計算及輸出單元包括軟啟動特征值產(chǎn)生電路和軟啟動序列脈寬計算及輸出電路；所述的輸出選擇單元包括軟啟動結(jié)束信號發(fā)生電路和輸出選擇電路。
其所述的集成電路由過零比較器模塊、6位A/D變換模塊、acpulsel模塊、AC_circle1z模塊、AC_circle0z模塊、feedback模塊、soft_terminal模塊、adder7d模塊、soft_serial2模塊、starnum模塊、sserial_1模塊、switch模塊和spwm3模塊構(gòu)成；其中，過零比較單元把電網(wǎng)中的交流正弦信號轉(zhuǎn)換成一個同步的方波信號；6位A/D變換模塊給功率控制提供64級精度，acpulsel模塊主要是產(chǎn)生整個電路的時序控制信號；AC_circle1z模塊主要是進行脈沖同步；AC_circle0z模塊主要是給頻率自適應反饋模塊提供頻率變化的計數(shù)值；feedback模塊就是頻率自適應反饋模塊，它利用當前的頻率計數(shù)值和默認初始的頻率特征值進行計算，得到與當前頻率相適應的頻率特征值，供其他電路模塊使用；soft_terminal模塊產(chǎn)生軟啟動的遞增數(shù)值；adder7d模塊利用AC_circle1z脈沖同步模塊和軟啟動的遞增數(shù)值產(chǎn)生當前的最大軟啟動數(shù)值；soft_serial2模塊產(chǎn)生軟啟動序列的數(shù)值表示，starnum模塊軟調(diào)節(jié)的最大數(shù)值；sserial_1模塊軟調(diào)節(jié)序列的數(shù)值表示；模塊switch根據(jù)信號enda來切換軟啟動的兩個部分；模塊spwm3將軟啟動和軟調(diào)節(jié)序列的數(shù)值表示變成脈沖輸出。
本發(fā)明還提供了一種具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，該集成電路的輸入端分別與電網(wǎng)的交流同步信號和調(diào)速設定單元連接，其輸出端經(jīng)驅(qū)動集成電路與全控型電力半導體器件的控制端連接，全控型電力半導體器件的輸入端與交流電網(wǎng)連接，其輸出端與被控電動機連接。
其所述的全控型電力半導體器件包括可關(guān)斷晶閘管GTO、大功率晶體管GTR、功率場效應管MOSFET和絕緣柵雙極晶體管IGBT。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點是1.本發(fā)明具有諧波抑制和軟啟動的功能；2.能實現(xiàn)64級調(diào)速，可以認為是無級調(diào)速；3.全數(shù)字設計，外圍元件少，結(jié)構(gòu)簡單，具有很好的應用前景；
4.對于電機功率的大小不敏感，只要驅(qū)動的MOSFET或IGBT功率及相關(guān)參數(shù)選取的合適，可以控制任選功率的電機；5.適合110V/60Hz和220V/50Hz交流電使用。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
圖1是本發(fā)明SPWM信號的生成和輸出方式方框示意圖；圖2是本發(fā)明集成電路的方框圖；圖3是本發(fā)明集成電路實施例的模塊構(gòu)成示意圖；圖4是采用本發(fā)明集成電路的實施例線路圖；圖5是SPWM脈沖波形示意圖；圖6是三角波和正弦波的波形圖及由比較器輸出的SPWM信號；圖7是受到SPWM信號調(diào)制的交流電的電流波形圖；圖8是實施例電路的諧波測試結(jié)果數(shù)據(jù)；圖9是實施例電路的電壓波形和電流波形圖。
具體實施例方式
圖1中，本發(fā)明的集成電路按照下述方式生成和輸出SPWM信號(1)用其內(nèi)部的頻率時鐘信號對交流正弦波進行記數(shù)；(2)將記數(shù)結(jié)果分為1~[13p],[13p]~[12p],[12p]~[23p]]]>和[23p]~p;]]>(3)當記數(shù)結(jié)果為1~[13p]]]>時，加記數(shù)器按序列1、3、5、……、2k-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖；(4)當記數(shù)結(jié)果為[13p]~[12p]]]>時，加記數(shù)器按序列2k-1、2k、2k+1、…….、p/3+k-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖；(5)當記數(shù)結(jié)果為[12p]~[23p]]]>時，減記數(shù)器按序列p/3+k、p/3+k+1、…….、4p/3-k-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖；(6)當記數(shù)結(jié)果為[12p]~[23p]]]>時，減記數(shù)器按序列4p/3-k、p/3-k+1、…….、2(p-k)-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖。
圖2中，該集成電路由過零比較單元、6位A/D變換單元、振蕩器及頻率同步單元、頻率自適應反饋單元、控制量軟調(diào)節(jié)單元、軟啟動過程和正常工作時的脈寬計算及輸出單元、輸出選擇單元和脈沖轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成；其中，過零比較單元把電網(wǎng)中的交流正弦信號轉(zhuǎn)換成一個同步的方波信號；6位A/D變換單元給功率控制提供64級精度；頻率自適應反饋單元是針對輸入頻率變化調(diào)整電路中的一個特征值，使得控制部分能夠在新的頻率下正常工作；振蕩器及頻率同步單元為內(nèi)部電路提供時鐘信號，并使經(jīng)過過零比較單元的交流信號與時鐘信號同步；控制量軟調(diào)節(jié)單元使軟啟動剛結(jié)束到6位A/D變換單元進來的控制量之間進行平滑控制，以免對電網(wǎng)造成沖擊；軟啟動過程和正常工作時的脈寬計算及輸出單元是推導計算進行設計的；輸出選擇單元控制集成電路的SPWM信號輸出為一路或兩路；脈沖轉(zhuǎn)換單元主要是將軟啟動和軟調(diào)節(jié)部分計算出來的結(jié)果轉(zhuǎn)換成脈沖輸出。
圖中頻率自適應反饋單元包括頻率初值預置電路和頻率自適應反饋電路，頻率初值預置電路是根據(jù)電網(wǎng)頻率預置在集成電路的內(nèi)部電路中的，根據(jù)電網(wǎng)頻率的不同(如110V/60Hz或220V/50Hz)，可以設定不同的頻率初值預置值；軟啟動過程脈寬計算及輸出單元包括軟啟動特征值產(chǎn)生電路和軟啟動序列脈寬計算及輸出電路；輸出選擇單元包括軟啟動結(jié)束信號發(fā)生電路和輸出選擇電路。
圖中管腳依次為管腳1為交流信號輸入；管腳2為振蕩器輸入1；管腳3為振蕩器輸入2；管腳4為模數(shù)轉(zhuǎn)換模擬量輸入；管腳5為輸出控制，其作用為控制集成電路的SPWM信號輸出為一路或兩路，一路輸出是指將交流電半波整流后輸出，兩路輸出是指交流電正負兩路輸出；管腳6和7即為兩路輸出，其中當選擇一路輸出后，管腳6和7有一路沒有輸出。
圖3中，集成電路由過零比較器模塊、6位A/D變換模塊、acpulsel模塊、AC_circle1z模塊、AC_circle0z模塊、feedback模塊、soft_terminal模塊、adder7d模塊、soft_serial2模塊、starnum模塊、sserial_1模塊、switch模塊和spwm3模塊構(gòu)成；其中，過零比較單元把電網(wǎng)中的交流正弦信號轉(zhuǎn)換成一個同步的方波信號；6位A/D變換模塊給功率控制提供64級精度，acpulsel模塊主要是產(chǎn)生整個電路的時序控制信號；AC_circle1z模塊主要是進行脈沖同步；AC_circle0z模塊主要是給頻率自適應反饋模塊提供頻率變化的計數(shù)值；feedback模塊就是頻率自適應反饋模塊，它利用當前的頻率計數(shù)值和默認初始的頻率特征值進行計算，得到與當前頻率相適應的頻率特征值，供其他電路模塊使用；soft_terminal模塊產(chǎn)生軟啟動的遞增數(shù)值；adder7d模塊利用AC_circle1z脈沖同步模塊和軟啟動的遞增數(shù)值產(chǎn)生當前的最大軟啟動數(shù)值；soft_serial2模塊產(chǎn)生軟啟動序列的數(shù)值表示，starnum模塊軟調(diào)節(jié)的最大數(shù)值；sserial_1模塊軟調(diào)節(jié)序列的數(shù)值表示；模塊switch根據(jù)信號enda來切換軟啟動的兩個部分；模塊spwm3將軟啟動和軟調(diào)節(jié)序列的數(shù)值表示變成脈沖輸出。
由于6位AD變換電路和過零比較器部分為現(xiàn)有技術(shù)，在圖中未畫出。
圖中交流電同步輸入信號輸入端為ACin，它是從交流電中采集并降壓成小信號，作為整個芯片處理的交流同步信號，內(nèi)部處理都是利用過零比較器處理該小信號，再同步，這樣輸出能夠很好地與交流電正弦波同步起來；RST為復位信號；6位AD變換輸出值接ADout5～ADout0；默認初始的頻率特征值輸入端為inieig5～inieig0；inieig0～inieig5端子是頻率初值預置端，依次接為110010；NumoutG端子和carryin端子接地，分別表示數(shù)字地和加法器進位端接地；晶振與cp_4M端連接；Pulse管腳為輸出端；圖中未標出連線的端子(如模塊AC_circle0z的count0、count1、starnum和sserial_1模塊的AeB、Alb等)均為空置。
圖中是只給出了一路控制輸出的情況，如果需轉(zhuǎn)換成兩路輸出，可以利用過零比較器的輸出與一路控制輸出進行邏輯與操作和與非操作，即可將一路分成兩路。
圖4中，集成電路IC1即為本發(fā)明的集成電路，其輸入端ACin與電網(wǎng)的交流同步信號AC_in連接，其輸入端Adj和調(diào)速設定單元POT1連接，該端子是6位A/D變換模塊的模擬量輸入端，集成電路IC1的輸出端Pulse 1和Pulse 0經(jīng)驅(qū)動集成電路IC2與全控型電力半導體器件M1和M2的控制端連接，全控型電力半導體器件M1和M2的輸入端與交流電網(wǎng)AC1和AC2連接，其輸出端與被控電動機M連接，集成電路IC1的a～g和got管腳與LED顯示驅(qū)動電路的段選端子對應連接，其Sel 0和Sel 1管腳LED顯示驅(qū)動電路的位選端子對應連接，以便提供相應的顯示功能。集成電路IC1的RST管腳與電源監(jiān)控集成電路(μP監(jiān)控電路)IC3的RST管腳連接。
其所述的全控型電力半導體器件包括可關(guān)斷晶閘管GTO、大功率晶體管GTR、功率場效應管MOSFET和絕緣柵雙極晶體管IGBT。
驅(qū)動集成電路IC2可以選AIC8103或IR2103等型號的集成電路；電源監(jiān)控集成電路IC3可以選擇IMP809L、MAX809L或其他型號的μP監(jiān)控電路，如IMP810/811/812等；全控型電力半導體器件主要根據(jù)被控電機的功率進行選擇，可以選IRF450、IRF460(IR公司的MOSFET元件)，或GT15J101、GT25J101(TOSHIBA公司的IGBT元件)等型號的全控型電力半導體器件。
圖5給出了SPWM脈沖波形示意圖，它是在每半個正弦周期內(nèi)輸出若干寬窄不同的矩形脈沖波，每一矩形的面積近似對應正弦波相應局部波形下的面積。
圖6中SPWM信號采用三角波和正弦波比較來產(chǎn)生。其上半部分為三角波和正弦波的波形圖(注其中正弦波的頻率為50Hz；三角波的頻率為2KHz)，圖6下半部分為由比較器輸出的SPWM信號。
圖7給出了受到SPWM信號調(diào)制的交流電源的輸出電流波形，用圖6所示的SPWM信號去控制一個開關(guān)器件(如MOSFET或者IGBT)，即可得到圖7所示的受到SPWM信號調(diào)制的交流電的輸出電流波形。
圖8和圖9是對本發(fā)明進行EMC(電磁兼容)測試的ITS公司(INTERTEK TESTING SERVICESETL SEMKO，依梯埃-塞密柯技術(shù)服務(上海)有限公司)的測試結(jié)果。圖8為ITS測試的諧波數(shù)據(jù)，圖9為ITS測試儀器給出的電壓波形和電流波形?？梢?，各項諧波指標均在標準要求的范圍內(nèi)，另外，電壓跌落測試中跌落值為3％，小于標準規(guī)定的5％，達到了良好的預期效果。
本發(fā)明工作原理簡述由于像可關(guān)斷晶閘管GTO、大功率晶體管GTR、功率場效應管MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)、絕緣柵雙極晶體管IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)這類既能控制開通又能控制關(guān)斷的全控型電力半導體器件的出現(xiàn)，在控制方式上出現(xiàn)了較大的變化，一種新的控制技術(shù)脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)應運而生。PWM技術(shù)可以有效的進行諧波抑制，只要利用PWM技術(shù)控制輸出電壓波形，就能使得諧波成分發(fā)生明顯的改變。在實際上應用最多的是正弦PWM(SPWM)技術(shù)，它是在每半個正弦周期內(nèi)輸出若干寬窄不同的矩形脈沖波，每一矩形的面積近似對應正弦波相應局部波形下的面積。將一個正弦波的正半周劃分為N等分，每一等份的正弦波形下的面積可用一個與該面積相等的矩陣來代替，于是正弦波形所包圍的面積可用這N個等幅不等寬的矩形脈沖面積之和來等效。各矩形脈沖的寬度可由理論計算得出，但在實際應用中常由正弦調(diào)制波和三角形載波相比較的方式來確定脈寬。因為等腰三角形波的寬度自上向下是線性變化的，所以當它與某一光滑曲線相交時，可得到一組幅值不變而寬度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖。若使脈沖寬度與正弦函數(shù)值成比例，則也可生成SPWM波形。
SPWM信號的頻率在很大程度上影響著諧波抑制的效果，其頻率越高，諧波抑制的效果就越好。用所產(chǎn)生的SPWM信號去控制一個開關(guān)器件(如MOSFET或者IGBT)，即可得到受到SPWM信號調(diào)制、滿足諧波抑制和具有軟啟動功能的交流電源。
電機調(diào)速軟啟動發(fā)生在開機的初期一定時間內(nèi)，或復位后的一段時間內(nèi)，同時也發(fā)生在電機調(diào)速中的一段時間內(nèi)。本發(fā)明的軟啟動過程可以分為兩部分，第一部分為從開機到可調(diào)的最小功率，第二部分為從可調(diào)的最小功率到A/D變換指定的功率(包括在整個可調(diào)節(jié)范圍之內(nèi))，可以稱之為軟調(diào)節(jié)。對于開機和復位階段，第一部分是必不可少的，對于調(diào)速過程中，只存在第二部分的軟調(diào)節(jié)。本發(fā)明中的軟啟動方法就是利用上述的SPWM生成技術(shù)中脈沖序列的差值和交流電周期之間的形成一種遞進關(guān)系，首先全部為零，然后逐次增加，最終穩(wěn)定在A/D變換的數(shù)值上。
本發(fā)明的集成電路是采用數(shù)字電路和模擬數(shù)字混合電路(主要在AD轉(zhuǎn)換部分)，利用標準CMOS工藝，根據(jù)上述SPWM信號的生成和輸出原理、方式和模塊構(gòu)成，設計好相關(guān)功能電路模塊，然后進行仿真，最后將其畫成版圖，拿到半導體芯片生產(chǎn)廠家制掩模板，流片，經(jīng)過測試，即可實現(xiàn)，由于上述集成電路的制作過程均為現(xiàn)有工藝和技術(shù)，在此不再詳述。
由于本發(fā)明具有諧波抑制和軟啟動的功能，能實現(xiàn)近似無級的電機調(diào)速，全數(shù)字設計，外圍元件少，結(jié)構(gòu)簡單，故具有很好的應用前景。同時，該集成電路對于電機功率的大小不敏感，只要驅(qū)動的MOSFET或IGBT功率及相關(guān)參數(shù)選取的合適，可以控制任選功率的電機，能適合110V/60Hz和220V/50Hz交流電使用。
本發(fā)明可廣泛用于各種功率的交流電動機的調(diào)速裝置或控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，其特征是該電機調(diào)速集成電路根據(jù)下述公式生成SPWM信號的脈寬 其中，設正弦信號的周期為T0，在半個周期內(nèi)有p個脈沖信號；對于第k個矩形脈沖，記它的相位角為ak，脈沖寬度為σk，將脈寬差分為四段，若最小脈寬為δ，則各段脈寬差可記為2δ、δ、-δ和-2δ，每段對應的脈沖為k=1~[13p],[13p]~[12p],[12p]~[23p]]]>和[23p]~p.]]>
2.按照權(quán)利要求1所述的具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，其特征是所述的集成電路按照下述方式生成和輸出SPWM信號(1)用其內(nèi)部的頻率時鐘信號對交流正弦波進行記數(shù)；(2)將記數(shù)結(jié)果分為1~[13p],[13p]~[12p],[12p]~[23p]]]>和[23p]~p;]]>(3)當記數(shù)結(jié)果為1~[13p]]]>時，加記數(shù)器按序列1、3、5、……、2k-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖；(4)當記數(shù)結(jié)果為[13p]~[12p]]]>時，加記數(shù)器按序列2k-1、2k、2k+1、……．、p/3+k-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖；(5)當記數(shù)結(jié)果為[12p]~[23p]]]>時，減記數(shù)器按序列p/3+k、p/3+k+1、……．、4p/3-k-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖；(6)當記數(shù)結(jié)果為[12p]~[23p]]]>時，減記數(shù)器按序列4p/3-k、p/3-k+1、……．、2(p-k)-1產(chǎn)生并輸出SPWM信號脈沖。
3.一種具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，其特征是該集成電路由過零比較單元、6位A/D變換單元、振蕩器及頻率同步單元、頻率自適應反饋單元、控制量軟調(diào)節(jié)單元、軟啟動過程和正常工作時的脈寬計算及輸出單元、輸出選擇單元和脈沖轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成；其中，過零比較單元把電網(wǎng)中的交流正弦信號轉(zhuǎn)換成一個同步的方波信號；6位A/D變換單元給功率控制提供64級精度；頻率自適應反饋單元是針對輸入頻率變化調(diào)整電路中的一個特征值，使得控制部分能夠在新的頻率下正常工作；振蕩器及頻率同步單元為內(nèi)部電路提供時鐘信號，并使經(jīng)過過零比較單元的交流信號與時鐘信號同步；控制量軟調(diào)節(jié)單元使軟啟動剛結(jié)束到6位A/D變換單元進來的控制量之間進行平滑控制，以免對電網(wǎng)造成沖擊；軟啟動過程和正常工作時的脈寬計算及輸出單元是推導計算進行設計的；輸出選擇單元控制集成電路的SPWM信號輸出為一路或兩路；脈沖轉(zhuǎn)換單元主要是將軟啟動和軟調(diào)節(jié)部分計算出來的結(jié)果轉(zhuǎn)換成脈沖輸出。
4.按照權(quán)利要求3所述的具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，其特征是所述的頻率自適應反饋單元包括頻率初值預置電路和頻率自適應反饋電路。
5.按照權(quán)利要求3所述的具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，其特征是所述的軟啟動過程脈寬計算及輸出單元包括軟啟動特征值產(chǎn)生電路和軟啟動序列脈寬計算及輸出電路。
6.按照權(quán)利要求3所述的具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，其特征是所述的輸出選擇單元包括軟啟動結(jié)束信號發(fā)生電路和輸出選擇電路。
7.按照權(quán)利要求3所述的具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，其特征是所述的集成電路由過零比較器模塊、6位A/D變換模塊、acpulsel模塊、AC_circle1z模塊、AC_circle0z模塊、feedback模塊、soft_terminal模塊、adder7d模塊、soft_serial2模塊、starnum模塊、sserial_1模塊、switch模塊和spwm3模塊構(gòu)成；其中，過零比較單元把電網(wǎng)中的交流正弦信號轉(zhuǎn)換成一個同步的方波信號；6位A/D變換模塊給功率控制提供64級精度，acpulsel模塊主要是產(chǎn)生整個電路的時序控制信號；AC_circle1z模塊主要是進行脈沖同步；AC_circle0z模塊主要是給頻率自適應反饋模塊提供頻率變化的計數(shù)值；feedback模塊就是頻率自適應反饋模塊，它利用當前的頻率計數(shù)值和默認初始的頻率特征值進行計算，得到與當前頻率相適應的頻率特征值，供其他電路模塊使用；soft_terminal模塊產(chǎn)生軟啟動的遞增數(shù)值；adder7d模塊利用AC_circle1z脈沖同步模塊和軟啟動的遞增數(shù)值產(chǎn)生當前的最大軟啟動數(shù)值；soft_serial2模塊產(chǎn)生軟啟動序列的數(shù)值表示；starnum模塊軟調(diào)節(jié)的最大數(shù)值；sserial_1模塊軟調(diào)節(jié)序列的數(shù)值表示；模塊switch根據(jù)信號enda來切換軟啟動的兩個部分；模塊spwm3將軟啟動和軟調(diào)節(jié)序列的數(shù)值表示變成脈沖輸出。
8.一種具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，其特征是該集成電路的輸入端分別與電網(wǎng)的交流同步信號和調(diào)速設定單元連接，其輸出端經(jīng)驅(qū)動集成電路與全控型電力半導體器件的控制端連接，全控型電力半導體器件的輸入端與交流電網(wǎng)連接，其輸出端與被控電動機連接。
9.按照權(quán)利要求8所述的具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，其特征是所述的全控型電力半導體器件包括可關(guān)斷晶閘管GTO、大功率晶體管GTR、功率場效應管MOSFET和絕緣柵雙極晶體管IGBT。
全文摘要
一種具有諧波抑制和軟啟動功能的電機調(diào)速集成電路，屬于電動機的控制或調(diào)節(jié)領(lǐng)域。其特征是集成電路根據(jù)下述公式生成SPWM信號的脈寬(見右式),其中，在半個正弦信號的周期內(nèi)有p個脈沖信號；對于第k個矩形脈沖，記它的相位角為α
文檔編號H02P7/00GK1414696SQ0213553
公開日2003年4月30日 申請日期2002年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月12日
發(fā)明者韓志剛, 林爭輝, 周開倫 申請人:韓志剛, 劉全亮, 黃先明