实验39信号的调制spwm产生与实现

1、实验三十九信号的调制S信号的产生与实现（信号与系统电力电子学综合实验）一、 实验原理S调制用于逆变器技术中，其产生的 S信号控制开关管的周期性通断，使负载两端的电压周期性变化，实现直流到交流的逆变。S调制方法的理论基础是冲量等效定理大小、波形不相同的窄脉冲变量作用于惯性系统时，只要他们的冲量即变量对时间的积分相等，其作用效果基本相同。在图 39-1 中，(a)为正弦电压，(b)为与其冲量等效的窄脉冲电压，因此可以用一种调制方法来控制开关管的通断，使负载两端产生如图 39-1(b)中所示的窄脉冲电压，其对负载作用的效果与图 39-1(a)中的正弦电压对负载作用的效果相同，这种调制方法就是 S调制

2、。(a) 正弦电压(b) S等效电压图 39-1用S电压等效正弦电压1. S调制的方法在实际应用中，S信号由一个正弦载波信号 Vr 和一个三角波调制信号 Vc 相比较产生，具体的调制方式有两种：(1) 单极性正弦脉冲宽度调制(SS)SS调制的特点是，在输出电压的正半周中只有正脉波，在输出电压的负半周中只有负脉波。如图 39-2(a)所示的逆变器电路中，在正弦调制波的正半周，Vr Vc时，驱动T1 管和T4 管，负载两端电压为Vd，在正弦调制波的负半周，Vr 0 时驱动T1 导通， VA反向后为T2 的驱动信号VG2，VG2 0 时驱动T2 导通，同理比较器B的输出VB作为T4的驱动信号，VB反

3、向后作为T3 的驱动信号。这样负载两端的电压波形就如图 39-2(c)中所示。(a)逆变器主电路(b) SS信号生成电路(c)SS信号图 39-2单极性正弦脉宽调制原理及输出波形(2)双极性正弦脉冲宽度调制 BSBS调制的特点是，在输出电压的正半周或负半周中既有正脉波又有负脉波。如图 39-2(a)所示的逆变器电路中， Vr Vc 时，驱动 T1 管和 T4 管，负载两端电压为 Vd， Vr 0 时驱动 T1、T4 管导通，Vg 反向后为 T2、T4 管的驱动信号-63 -求创新Vg2、Vg4，Vg 0 时驱动T2、T4 管导通。这样负载两端的电压波形就如图 3(b)中所示。(a) BS信号生

4、成电路(b) BS信号图 39-3 双极性正弦脉宽调制原理及输出波形在三相逆变器中，需要用到三相 S调制。与单相 S调制不同的是，三相S调制中的正弦调制波为三个三相对称(相位互差 120)的正弦波。其调制原理如图 39-4 所示，分析方法与上面类似。(b) 三相 S信号生成电路(a) 三相逆变器主电路(c) 三相 S图 39-4 三相S信号调制原理及输出波形642. S(1)信号的实现集成产生 S波在驱动信号的生成电路中，除了有比较器外，还要有正弦调制波和三角载波，因此需要有能产生这两种波的装置。函数发生器集成电路L8038（引脚与电路如图 39-5所示），可以产生正弦参考波Vr和三角高频载波

5、信号Vc，L8038的 4、5 脚外接时基电阻RA 、 RB ，10 脚接时基电容C，其 2、3、9 脚可同时输出同一频率的正弦波、三角波和。若R A = RB =R，则可使输出波形对称。改变端子 1 和 12 的电位，可以调节正弦波波形的对称性。输出频率f，与 10 脚外接的时基电容C和时基电阻R的乘积RC成反比，同时还与 8 脚的电位V8 有关，8 点电位越高，输出频率越低。L8038 的输出频率按下述公式设计： 0.06Vcc V8 f(39-1)rR C电源电压。R、C 固定后，从外部调节V8 的电位值，即可控制输出频式中Vcc 为率 fr 。Vcc 为 6 脚的外加控制电源正电压，V

6、cc =12V。11 脚接负电源电压-12V，7 脚电位为 6.5V，由参考电压供电。图 39-5 函数发生器集成电路 L8038在 S调制中，三角载波的频率比正弦调制波的频率高很多，需要两个L8038来分别产生三角波和正弦波。然后把这两个信号送入比较器，得到初步的 S调制信号。为了防止上下管同时导通，还需要在两开关管的开通信号之间设置死区时间，这就要用到另一个CD14538（如图 30-6 所示）。4 脚输入从比较器来的信号，当单稳 B 端为“1”、A 端为“0”时， Q 为“1”，A变为“1”时， Q 立即为“0”，待延时t（t 为单稳态时间）后， Q 恢复到“1”。因此比较器输出的信号加

7、到单稳 A 端后的最初t 期间， Q =0，无驱动信号；延时t 后， Q =1，才有驱动信号输出。驱动信号的死区时间由单稳的暂稳态时间t，即充电电阻 R 和电容 C 确定。从 CD14538-65 -求创新出来的信号就是最终的 S驱动信号。图 39-6CD14538 引脚图及功能框图（2）DSP产生 S波DSP 是数字信号处理，可以用来进行数字滤波、波形的频谱分析、卷积运算和波形产生等等。DSP的功能是通过写入其中的程序来实现的，因此用它来进行S调制时，需要根据具体的编程语言来设计算法。利用DSP产生S信号的基本是根据三角波的规则采样法得到S信号中每个矩形脉冲的宽度，如图39-7所示，每个脉冲

8、的中点都和相应的三角波的中点相对称，在三角波的负峰值刻tD ，对正弦调制波采样而得到D点，过D点作一水平直线和三角波分别交于A点和B点，在A点时刻t A 和B点的时刻tB 控制功率器件的通断。用这种规则采样法得到的矩形脉冲的宽度与按三角波和正弦波比较时得到的宽度基本相同。若以1代表三角波的幅值UC ，冲宽度的公式为：弦波的幅值Ur 就是调制比M，根据图39-2，经推导脉T 1 M (sin t )c(39-2)r D2其中Tc 为载波周期，r 为正弦调制波的角频率。如果一个周期内有N个矩形脉冲波，则第个矩形脉冲的占空比为：D 1 1 M (sin(I 2 / N )(39-3)I2因此，知道了

9、载波周期、调制比及特定时刻的函数值就可以算出脉冲宽度和间隙时间。-66 -求创新图 39-7 利用三角载波的规则采样法3. 实验装置中电路板 B05B 的 S信号产生电路图利用函数信号发生器集成L8038 产生 S信号的电路原理如附录图所示。电路中，U1 产生的三角载波、U4 产生的正弦调制波先要经过运算放大器 U2、U5放大，调节 RW5 和 RW7 可以改变运算放大器的放大倍数。然后将它们输入到比较器U3 中进行比较，产生初步的 S信号，再由 CD14538U7 来设置死区时间，原驱动信号（为配合实验装理见上面对的说明。最后得到的 PW1，PW2 就是 S置的使用，这里产生的 S表示关断开

10、关管）。信号是低电平有效的，即低电平表示开通开关管，二、 实验目的1. 了解 S调制的原理及各种产生 S信号的方法；2. 熟悉函数发生器 L8038、单稳态触发器 CD14538 等集成电路的使用方法。在以上基础上，通过查阅资料和分析原理，学会自行设计其它产生 S模拟或数字方法。通过实验和设计，掌握电力电子系统控制电路的设计和调试方法。信号的三、实验内容1. 了解 S产生 S信号产生原理和电路设计方法，采用实验电路板 B05B（利用 L8038信号），观察实验中产生的 S信号的波形；调节电位器改变输入正弦调制-67 -求创新波和三角载波的参数，观察 S号的产生，并完成以上实验。信号的变化。或采

11、用自行设计的电路实现 S信2. 对实验结果进行不同调制比下的S的频谱分析，得出你的结论。信号或不同方式或电路产生S信号时四、实验设备电力电子实验装置及相关实验模块；实验控制电路板；功率供电电源、控制电源；实验箱面包板，等示波器计算机以及相应的五、实验步骤1. 按照实验内容自行设计实验方案和步骤。2. 将示波器观察到的波形附图。并录入计算机，进行计算机分析，并导出作为实验六、实验1. 画出实验电路图，叙述你所采用（或设计）的 S程。产生电路的原理以及工作工2.将计算机导出的实验波形附于实验。上，对实验波形进行计算机分析，进行总结和3.对实验中观察到，提出改进意见或思路。七、实验思考题1.成 S2

12、.采用函数发生器集成电路 L8038，利用一定频率的三角载波和一定频率的正弦波形调制信号，是否可以实现闭环 S控制？为什么？如果要实现闭环 S控制，应采用什么样的方式来电路设计？如果要采用模拟方式实现，查阅资料，画出控制电路图（包括所采用的集成型号），说明其原理。附录附录一参考文献. 电力电子学电力电子变换和控制技术.，20021：高等教育附录二实验板 B05B（利用 L8038 产生 S信号）的电路原理图-68 -求创新C8 104 +12C5 104 +12C16104+12TRIC4R912kSP21uR5 1KR73621C3+12273U2 LM318C6 104CD4011ER10

13、4 C768n32U3LM311R4 3KR6 10KU6AU6BU1 ICL8038C9 104R81VCC 678FMBIAS SIN 2-12-12C243+12+12TRIAN470uSOR 9110CRW720k4R17 4.3k+12C18 104C25R26.2K1211104 5+12SINU7AVSSRW6C110nC17CD14538SP1C27C26 470u1KR1 82K2n12-12104Cx RxCxVDD 16 1R36.2K 3 4 5 Q 6 /RST AC2 10478-12/QU9A/BVSS+122RW5R14-12310K100KCD4081+121

14、PW1U6CR18 4.3kR15 1KC14 104 -12+12C23 1048RW2 100K 10 CD4011C12104 +12U7BCD145389C19+12D11N41482n15Cx RxCx/RST A/B214 RW1 100KU4 ICL8038613 109C1347ufQ/Q312 PW2U5 LM3181 611 U9BVCC782+126U6DFMBIASSIN 3R16 5K412TRIAN 9CD4081C10 0.22uC15 1045 11 SORCD40111013 R10CC21 1044+12+12D21N414810K+12R12 8K1211U9CR19 10K+12 5+12PIO18RW4VSSR2112k-12ON1020K12CD40819357468R