專利名稱：：雙pwm混合斬波控制開關(guān)器件的方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種采用PWM斬波控制電路對IGBT進行控制的方法，屬控制^領(lǐng)域。技術(shù)背景高頻斬波控制電路因M造價低、性能優(yōu)良等特點而被廣泛自于異步電動機的串極調(diào)速裝置之中，尤其是在電力、礦山、石油、建材等行業(yè)的大中型風機、7jC泵的調(diào)速節(jié)能控制裝置中，更對咅競睞。目前，異步電動機的串極調(diào)速魏采用對IGBT進行高頻斬波控制的方式，由于IGBT的開通和關(guān)斷過程都需要一定的時間，在斬波控制過程中，為了保證IGBT能夠可靠關(guān)斷和瓶，IGBT每微于關(guān)斷狀態(tài)的時間應(yīng)不小于"^小t機時間，織小t機時間約占高頻斬波控制的PWM信號周期的，左右，導(dǎo)致PWM斬波控制IGBT存在一約為10%的關(guān)斷死區(qū)，高頻斬波控制的調(diào)節(jié)范圍僅為0—90*左右。因此，現(xiàn)有PWM高頻斬波控制裝置存在開通調(diào)節(jié)死區(qū)大、開通連續(xù)調(diào)節(jié)性能差的晚g。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明用于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷、提供一種開通調(diào)節(jié)死區(qū)小、開通連續(xù)調(diào)節(jié)性能優(yōu)良的雙PWM混合斬波控制開關(guān)器件的方法，本發(fā)明同時還要給出實現(xiàn)該方法的電路。本發(fā)明所稱問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種雙PWMt昆合斬波控制開關(guān)器件的^法，它利用斬波控制電,制開關(guān)器件的通斷，所述開關(guān)器件為絕緣柵雙極晶體管IGBT，所述斬波控制電路設(shè)置兩個，分別稱之為主P麗斬波控制電路和輔PWM斬波控制電路，兩者輸出的信^M過一個與非門共同對同一個IGBT進行控制；其中輔PWM斬波控制電路輸出信號的周期較大且為主PWM斬波控制電路輸出信號周期的整數(shù)倍，輔PWM斬波控制電路的最小關(guān)斷時間等于主PWM斬波控制電路所輸出脈沖控制信號的一個周期，由主、輔兩個PWM斬波控制電路輸出的脈沖信號作與非邏輯運算后控制IGBT的通斷。上皿p鵬混合斬波控制開關(guān)器件的方法，為了使主、輔兩個pwm斬波控制電路始，持同步，主、輔pwm斬波控制電路的麵源采用同一:^雌生器，所述方波發(fā)生器的輸出送至主pwm斬波控制電路，輔pwm斬波控制電路則自該脈沖信^^分頻電j^后的信號。上艦p跳混合斬波控制開關(guān)器件的旅，所述主、輔pwm斬波控制電路的頻率之比為ioo)一種雙PW混合斬波控制電路，它包括主、輔兩個PWM斬波電路，它們的輸出端經(jīng)"^h與非門t2接igbt的柵極，所述主pwm斬波電路由第二三角波發(fā)生器、運算放大器f2和鉗位二極管d2構(gòu)成，運算放大器f2接成比較器，其正向輸入端接第二三角'雌生器，反向輸入^^兩個串聯(lián)連接的電阻接調(diào)節(jié)電壓uo，輸出端接與非門t2，兩電阻的串接點經(jīng)鉗位二極管d2接限幅電壓u2;所述輔pwm斬波電路由第一三角波發(fā)生器、運算放大器f1、鉗位二極管d1和非門t1構(gòu)成，運算放大器f1接成比較器，其反向輸入端接第一三角生器，正向輸人端經(jīng)兩個串,接的電阻接調(diào)節(jié)電壓uo，輸出離5非門t1接與非門t2，兩電阻的串接點經(jīng)鉗位二極管d溜限幅電壓u1。上述雙pwm混合斬波控制電路，所鄉(xiāng)二三角'雌生器由方敗成器和第二積分電路構(gòu)成、，第二積分電路的輸人端接方波生成器的輸出端，輸出端接運算放大器f2的正向輸入端；所述第一三角、^^器由方波生成器、分頻電路和第一積分電路構(gòu)成，方波生成器的輸出端接分頻電路的輸入端，第一積分電路的輸入端接分頻電路的輸出端，輸出端接運算放大器Fl的反向輸人端。上述雙pwm混合斬波控制電路，所述主pwm斬波電路的限幅電壓u2低于輔pwm斬波電路的限幅電壓u1。上皿pwm混合斬、,制電路，所述分頻電路的輸出信號與輸入信號的頻率之比為1:100。本發(fā)明設(shè)置了兩個頻莉;同的pwm斬波控制電路，它們的輸出信號經(jīng)一個與非門作邏輯運算后對igbt進行控制，因而任何—pwm斬波控制電路輸出低電平信號時都能使igbt導(dǎo)通。主pwm斬波電路的頻率依照一般高頻pwm斬波電路的頻率來選擇時，，獨工作時的上限死區(qū)為10%，輔pwm斬波控制電路的頻率為主pwm斬波電路的百分之一，當兩pwm斬波控制電路的開通時間均調(diào)整到最大時，主pwm斬波電路輸出信號中，每100個周期內(nèi)僅有對應(yīng)于輔pwm斬波電路輸出高電平關(guān)斷信號的^h周期內(nèi)的死區(qū)未被Jfii，其它99個周期內(nèi)的死區(qū)都因輔PWM斬波控制電路輸出低電平fii信號而開通，因而有效擴大了開通調(diào)節(jié)范圍。本發(fā)明開通調(diào)節(jié)死區(qū)小、皿調(diào)節(jié)性能優(yōu)良，調(diào)節(jié)范圍可達0—99似上。圖l是本發(fā)明的電原！圖；圖2是主、輔兩個PM斬波電路的同步電路原連圖。圖中各標號為Fl、F2、運算放大器，Tl、非門，T2、與非門，Dl、D2、鉗位二極管，Rl~R6、電阻。具鵬施方式參看圖1，本發(fā)明采用主、輔兩個PWM斬波電路同時對IGBT進行控制，在輔PWM斬波電路中，給定調(diào)節(jié)輸入量U0依次鄉(xiāng)紐電阻R1、電阻R2接運算放大器F1的正向輸入端，限幅二極管D1的陽極接電阻R1、電阻R2的串接點，陰極接限幅電壓U1，第一三角波發(fā)生器的輸出端經(jīng)過H^電阻R3后接運算放大器Fl的反向輸入端，運算放大器Fl的輸出端經(jīng)非門Tl后接與非門T2的"^h輸入端；在主PWM斬波電路中，給定調(diào)節(jié)輸入量U0依次經(jīng)過電阻R4、,阻R5接運算放大器F2的反向輸人端，限幅二極管D2的陽極接電阻R4、電阻R5的串接點，陰極接限幅電壓U2，第二三角波發(fā)生器的輸出^^過一個^^電阻R6后接運算放大器F2的正向輸入端，運算放大器F2的輸出端接與非門T2的一輸入端，與非門T2的輸出端接IGBT的柵極，與非門T2輸出的信號即為PWM斬波控制信號。主、輔兩個PWM斬波電路參數(shù)設(shè)定值的區(qū)別有兩點1、主PWM斬波電路中的三角波發(fā)生器的信號頻率高于輔PWM斬波電路中的三角波發(fā)生器的信號頻率，2、主PWM斬波電路中的限幅電壓U2低于輔PWM斬波電路中的限幅電壓Ul。表l是變量之間的邏輯關(guān)系:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>對于高頻斬波控制電路而言，PWM信號控制的是IGBT的JH1和關(guān)斷狀態(tài)，當PWM=0時，一船才應(yīng)IGBT的關(guān)斷；由于IGBT器件在JfiI和關(guān)斷過程中，##在一定固有的延時時間，為了保證IGBT的可靠關(guān)斷或開通，控制IGBT的PWM信號，在由1變?yōu)?又由0變?yōu)?的過程中必須有一定的最小機時間，該最小t機時間即為PWM的瓶上限死區(qū)，對于由單一PWM構(gòu)成的高頻斬波控制電路而言，開通上限死區(qū)一般為10%，與之對應(yīng)的PWM斬波控制調(diào)節(jié)范圍為0一90%。針對一個對連續(xù)性調(diào)節(jié)性能要求較高的場合，該IOS的上限死區(qū)是無法滿足要求的。如果采用圖1所示的雙P,混合斬波控制開關(guān)器件的電路，第一三角波發(fā)生器的輸出電壓UF和第二三角波發(fā)生器的輸出電壓UH由圖2所示電路給出。在圖2中，方波發(fā)生器產(chǎn)生一個高頻的方波信號，該方波信號一鵬第二積分電路，第二積分電路的輸出端為三角波信號UK;該方波信號另夕卜一謝妾100分頻電路的輸入端，IOO，電路的輸出端接第一積分電路，第一積分電路的輸出端為三角波信號UF。由于第一三角波發(fā)生器的輸出信號UF與第二三角波發(fā)生器的輸出信號UH是由同一個方波信號積分后生成的，所以，UF與UH的零點以及電壓最大徵g是同步的(分頻電路產(chǎn)生的延時可忽略)，艮嘴一三角波發(fā)生器的輸出電壓最大值點對應(yīng)第二三角波發(fā)生，一個周期信號的電M大傻《。第二三角波皿器的頻率按照高頻來選擇，調(diào)整限幅電壓U2，使UE為1的上限死區(qū)仍然為1Q%，若定義三角波發(fā)生器2的周期為T2，則UE為1的上限死區(qū)對應(yīng)的關(guān)斷時間AT為AT=0.1xT2，由于第一三角生器的頻率為第二三角:生器頻率的1/100，即若定義第一三角波發(fā)生器的周期為A，則:T,-100xT2，調(diào)整限幅電壓U1，使UC為0的上限死區(qū)對應(yīng)的時間為T"而且使U1〉U2。則當調(diào)高給定電壓U0使之達到限幅電壓U1時,由于U1XJ2，故UC和UE,于輸出上限限幅死區(qū)狀態(tài),按照表1邏輯關(guān)系所示,則總輸出PWM為0的最小關(guān)斷時間等于UE為1的上限死區(qū)對應(yīng)的時間AT,所以此時PWM對應(yīng)的關(guān)斷死區(qū)AP麗為T,lOOxT,由于本發(fā)明已將關(guān)斷死區(qū)減少至0.^,故PWM的調(diào)節(jié)范圍將擴大至0—99J。所以，本發(fā)明能夠極大減少開通上限死區(qū)的限制，使PWM斬波控制能夠滿足高精度、寬范圍的連續(xù)調(diào)節(jié)性能的要求。權(quán)利要求1、一種雙PWM混合斬波控制開關(guān)器件的方法，其特征是，它利用斬波控制電路控制開關(guān)器件的通斷，所述開關(guān)器件為絕緣柵雙極晶體管IGBT，所述斬波控制電路設(shè)置兩個，分別稱之為主PWM斬波控制電路和輔PWM斬波控制電路，兩者輸出的信號通過一個與非門共同對同一個IGBT進行控制；其中輔PWM斬波控制電路輸出信號的周期較大且為主PWM斬波控制電路輸出信號周期的整數(shù)倍，輔PWM斬波控制電路的最小關(guān)斷時間等于主PWM斬波控制電路所輸出脈沖控制信號的一個周期，由主、輔兩個PWM斬波控制電路輸出的脈沖信號作與非邏輯運算后控制IGBT的通斷。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述雙P跳混合斬波控制開關(guān)器件的方法，其特征是，主、輔PWM斬波控制電路的Mr源采用同一個皿發(fā)生器，所述方波發(fā)生器的輸出送至主PWM斬波控制電路，輔P鵬斬波控制電路則使用該脈沖信號經(jīng)分頻電l^頻后的信號。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述雙PWM混合斬波控制開關(guān)器件的方法，其特征是，所述主、輔PWM斬波控制電路的頻率之比為100:1。4、一種雙P贈昆合斬波控制開關(guān)器件的電路，其特征是，它包括主、輔兩個P鵬斬波電路，它們的輸出端經(jīng)一個與非門(T2)接IGBT的柵極，所述主P麗斬波電路由第二三角波發(fā)生器、運算放大器(F2)和鉗位二極管(D2)構(gòu)成，運算放大器(F2)接成比較器，其正向輸入端接第二三角波發(fā)生器，反向輸入端經(jīng)兩個串聯(lián)連接的電阻接調(diào)節(jié)電壓(U0)，輸出端接與非門(T2)，兩電阻的串接點經(jīng)鉗位二極管(D2)接限幅電壓(U2);所述輔PWM斬波電路由第一三角波^i器、運算放大器(Fl)、鉗位二極管(Dl)和非門(Tl)構(gòu)成，運算放大器(Fl)接成比較器，其反向輸入端接第一三角M:生器，正向輸入端經(jīng)兩個串聯(lián)連接的電阻接調(diào)節(jié)電壓(UO)，輸出端經(jīng)非門(Tl)接與非門(T2)，兩電阻的串接點經(jīng)鉗位二極管(Dl)接限幅電壓(Ul)。5、根據(jù)權(quán)利要求4所艦P麗混合斬波控制開關(guān)器件的電路，其艦是，所述第二三角波發(fā)生器由方波生成器和第二積分電路構(gòu)成，第二積分電路的輸入端接方波生成器的輸出端，輸出端接運算放大器(F2)的正向輸人端；所述第一三角波發(fā)生器由方波生成器、分頻電路和第一積分電路構(gòu)成，方波M器的輸出端接分頻電路的輸入端，第一積分電路的輸入端接，電路的輸出端，輸出端接運算放大器(Fl)的反向輸人端。6、根據(jù)權(quán)利要求4所艦PWM混合斬波控制開關(guān)器件的電路，其特征是，所述主PWM斬波電路的限幅電壓(U2)低于輔PWM斬波電路的限幅電壓(Ul)。7、根據(jù)權(quán)利要求5所，P贈昆合斬波控制開關(guān)器件的電路，，征是，所述分頻電路的輸出信號與輸入信號的頻率之比為l:100。全文摘要一種雙PWM混合斬波控制開關(guān)器件的方法及電路，屬控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，用于解決斬波控制電路調(diào)節(jié)死區(qū)大的問題。其技術(shù)方案是，它利用斬波控制電路控制開關(guān)器件的通斷，所述開關(guān)器件為IGBT，所述斬波控制電路設(shè)置兩個，兩者輸出的信號通過一個與非門共同對同一個IGBT進行控制；其中輔PWM斬波控制電路輸出信號的周期較大且為主PWM斬波控制電路輸出信號周期的整數(shù)倍，輔PWM斬波控制電路的最小關(guān)斷時間等于主PWM斬波控制電路所輸出脈沖控制信號的一個周期，由主、輔兩個PWM斬波控制電路輸出的脈沖信號作與非邏輯運算后控制IGBT的通斷。本發(fā)明開通調(diào)節(jié)死區(qū)小、連續(xù)調(diào)節(jié)性能優(yōu)良，調(diào)節(jié)范圍可達0-99％以上。文檔編號H02M1/08GK101150283SQ20071018521公開日2008年3月26日申請日期2007年11月9日優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日發(fā)明者清董,顏湘武申請人:華北電力大學