(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利

(10)【授权公告号】CN110972567B
(45)【授权公告日】20120718

(21)【申请号】200810075877.1
(22)【申请日】20080627
(73)【专利权人】 中国航天科工集团第三总体设计部 ; 【地址】 100074 北京市丰台区云岗北里40号院 ;
(72)【发明人】 谢孟 ;
(74)【专利代理机构】核工业专利中心 11007【代理人】高尚梅 ;
(51)【Int.CI.】 H03K 7/08 (2006.01) ;
(56)【对比文件】 【审查员】

(54)【发明名称】一种数控开关电源中产生移相脉宽调制脉冲的方法
(57)【摘要】本发明涉及数字控制的开关电源,具体公开了一种数控开关电源中产生移相脉宽调制脉冲的方法。设置甲、乙两个比较器,两个比较器的负端分别连接到一个计数器的输出端,并设置计数器循环计数,计数值C先从计数上限值C max递减计数至0,再由0递增计数至C max;再启动计数器,计算出比较值X、比较值Y,将其同步分别送入甲、乙两个比较器的正端。本发明通过公式产生比较值与递减、递增的计数值来比较,控制输出脉冲的高低电平,解决了数控系统中产生移相PWM脉冲的方法中需要大容量存储器的问题,可产生0~180°可调移相角的PWM脉冲,且PWM脉冲由比较器直接产生,控制迅速,电路结构简单,硬件少,不需要占用中央处理器的资源。

【权利要求书】


1.一种数控开关电源中产生移相脉宽调制脉冲的方法,包括如下的步骤:

a)设置甲、乙两个比较器,每个比较器各有正端、负端两个输入端,当甲、乙比较器正端输入大于负端输入时,输出高电平,否则输出低电平;

b)将甲、乙两个比较器的负端分别连接到一个计数器的输出端,并设置计数器循环计数,计数器单个工作周期T内的计数过程为:计数值C先从计数上限值Cmax递减计数至0,再由0递增计数至Cmax;

c)启动计数器,并由中央处理器按照如下公式计算出比较值X、比较值Y,将比较值X、比较值Y同步分别送入甲、乙两个比较器的正端:

式中,θ为所需的两个脉冲的移相角,单位为°,取值范围为0~180°,k为周期数,取0,1,2,3...;

d)分别从比较器甲和比较器乙的输出端获取PWM脉冲甲、PWM脉冲乙,则PWM脉冲甲和PWM脉冲乙为具有移相角为θ的一组移相脉宽调制脉冲。

2.如权利要求1所述的一种数控开关电源中产生移相脉宽调制脉冲的方法,其特征在于:Cmax设置为T×f/2的取整,其中:T为要求脉冲周期,f为计数器计数频率。

【说明书】


一种数控开关电源中产生移相脉宽调制脉冲的方法

【0001】技术领域

【0002】本发明涉及数字控制的开关电源,具体涉及一种数控开关电源中产生移相脉宽调制脉冲的方法。

【0003】背景技术

【0004】开关电源中广泛使用了移相控制的方法,早期模拟控制的开关电源都使用专用的控制芯片,这种专用控制芯片自身可以产生移相的脉宽调制脉冲(以下简称PWM脉冲)。随着数字技术的不断发展,有很多工程技术人员将数控芯片引入了开关电源的控制领域,但是如何产生0~180°移相脉宽调制脉冲(PWM脉冲),则是需要解决的一个关键技术。王聪、吴宏杰、魏伟华在《电力电子技术》2000年第6期中,所著文章“用于DC/DC全桥变换器的全数字式PWM控制器”中,公开了一种在数控系统中产生移相PWM脉冲的方法。该方法将与0~180°范围内各种移相角相对应的波形数据存储在随机存储器(EPROM)内,开关电源工作时,中央处理器根据输出电压电流的变化计算出需要的移相角,然后通过查询的方式从EPROM内读出相对应的波形数据,再根据读出的数据产生移相PWM波。

【0005】这样的控制方式,首先需要一个大容量的随机存储器,存储各种移相角对应的波形数据;其次产生PWM波时,需要中央处理器承担所有的工作,占用了中央处理器很大的资源。

【0006】发明内容

【0007】本发明目的是解决现有数控系统中产生移相PWM脉冲的方法中需要大容量存储器的问题,提供一种数控开关电源中产生移相脉冲的方法,该方法能够产生0~180°可调移相角的PWM脉冲而无需大容量存储器。

【0008】本方明的技术方案如下:

【0009】一种数控开关电源中产生移相脉宽调制脉冲的方法,包括如下的步骤:

【0010】a)设置甲、乙两个比较器,每个比较器各有正端、负端两个输入端,当甲、乙比较器正端输入大于负端输入时,输出高电平,否则输出低电平;

【0011】b)将甲、乙两个比较器的负端分别连接到一个计数器的输出端,并设置计数器循环计数,计数器单个工作周期T内的计数过程为:计数值C先从计数上限值Cmax递减计数至0,再由0递增计数至Cmax;

【0012】c)启动计数器,并由中央处理器按照如下公式计算出比较值X、比较值Y,将比较值X、比较值Y同步分别送入甲、乙两个比较器的正端:

【0013】比较值

【0014】比较值

【0015】式中,θ为所需的两个脉冲的移相角,单位为°,取值范围为0~180°;k为周期数,取0,1,2,3...;

【0016】d)分别从比较器甲和比较器乙的输出端获取PWM脉冲甲、PWM脉冲乙,则PWM脉冲甲和PWM脉冲乙为具有移相角为θ的一组移相脉宽调制脉冲。

【0017】上述计数方案中Cmax设置为T×f/2的取整。

【0018】本发明的优点在于:

【0019】(1)本发明中通过公式产生比较值与递减、递增的计数值来比较,控制输出脉冲的高低电平,解决了数控系统中产生移相PWM脉冲的方法中需要大容量存储器的问题,可产生0~180°可调移相角的PWM脉冲,且PWM脉冲由比较器直接产生,控制迅速,电路结构简单,硬件少,不需要占用中央处理器的资源。

【0020】(2)通过将Cmax设置为所需脉冲周期×计数器计数频率/2的取整,可以方便地控制产生的脉冲周期、频率。

【0021】附图说明

【0022】图1为本发明提供的产生移相脉宽调制脉冲的方法的电路结构示意图;

【0023】图2为产生0°移相脉宽调制脉冲的计数值及比较值变化曲线;

【0024】图3为比较器甲在图2所示输入下输出的脉冲示意图;

【0025】图4为比较器乙在图2所示输入下输出的脉冲示意图;

【0026】图5为产生180°移相脉宽调制脉冲的计数值及比较值变化曲线;

【0027】图6比较器甲在图5所示输入下输出的脉冲示意图;

【0028】图7比较器乙在图5所示输入下输出的脉冲示意图;

【0029】图8为产生120°移相脉宽调制脉冲的计数值及比较值变化曲线;

【0030】图9比较器甲在图8所示输入下输出的脉冲示意图;

【0031】图10比较器乙在图8所示输入下输出的脉冲示意图;

【0032】图中:1、中央处理器;2、计数器;3、比较器甲;4、比较器乙;C、计数值信号;X、Y、比较值信号;P1、PWM脉冲甲;P2、PWM脉冲乙

【0033】具体实施方式

【0034】下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步地详细描述。

【0035】实施例一、

【0036】一种数控开关电源中产生移相脉宽调制脉冲的方法,包括如下的步骤:

【0037】a)如图1所示,设置甲、乙两个比较器3和4,每个比较器各有正端、负端两个输入端,当甲、乙比较器正端输入大于负端输入时,输出高电平,否则输出低电平;

【0038】b)将甲、乙两个比较器的负端分别连接到一个计数器2的输出端,并设置计数器循环计数,计数器单个工作周期T内的计数过程为:计数值C先从计数上限值Cmax递减计数至0,再由0递增计数至Cmax,这里Cmax可根据计数器的计数频率和所需的脉冲周期定,在要求脉冲周期为T,而计数器计数频率为f时,Cmax设置为T×f/2的取整。

【0039】c)启动计数器,并由中央处理器按照如下公式计算出比较值X、比较值Y,将比较值X、比较值Y同步分别送入甲、乙两个比较器的正端:

【0040】比较值

【0041】比较值

【0042】式中,θ为所需的两个脉冲的移相角,单位为°,取值范围为0~180°;k为周期数,取0,1,2,3...;

【0043】在本实施例中,所需的移相角θ为0°,通过计算得到

【0044】比较值

【0045】比较值

【0046】即在整个周期内,比较值X和比较值Y都为如图2所示。

【0047】d)分别从比较器甲和比较器乙的输出端获取PWM脉冲甲P1、PWM脉冲乙P2,则PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2为具有0°移相角的一组移相脉宽调制脉冲。

【0048】下面再详细说明一下PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2的产生过程。

【0049】在t0至t2时间段内,计数器2做下计数,计数值C从计数上限值Cmax变化到0,在t2至t4时间段内,计数器2做上计数,计数值C从0变化到计数上限值Cmax。

【0050】在t0时刻,中央处理器1输出的比较值X和比较值Y变化一次,如要产生0°的移相角,在t0时刻(每个周期的开始时刻),比较值X和比较值Y都变化为计数上限值Cmax的一半,即Cmax/2。在t0至t1(比较值与计数值相等时)时间段内,比较值X和比较值Y都小于计数值C,因此在图3和4中,在t0至t1时间段内,PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2的电平均为低电平;在t1至t2(周期的一半)时间段内,比较值X和比较值Y都大于计数值C,因此在图3和4中,在t1至t2时间段内,PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2的电平均为高电平。

【0051】在t2时刻,中央处理器1输出的比较值X和比较值Y又要变化一次,如要产生0°的移相角,在t2时刻比较值X和比较值Y仍应该为计数上限值Cmax的一半,即Cmax/2,因此在该情况下比较值X和比较值Y的数值保持不变。在t2至t3(计数值与比较值在一个周期内第二次相交的时刻)时间段内,比较值X和比较值Y都大于计数值C,因此在图3和4中,在t2至t3时间段内,PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2的电平均为高电平;在t3至t4(周期结束的时刻)时间段内,比较值X和比较值Y都小于计数值C,因此在图3和4中,在t3至t4时间段内,PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2的电平均为低电平。

【0052】经过以上分析,就可以得到如图3和4所示的PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2的波形图,从图中很容易看出,PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2的移相角为0°。

【0053】实施例二

【0054】在实施例一中,已经阐述了如何产生0°移相角脉冲的方法,下面再介绍一下如何产生180°移相角脉冲的方法,其包括如下的步骤:

【0055】a):如图1所示,设置甲、乙两个比较器3和4,每个比较器各有正端、负端两个输入端,当甲、乙比较器正端输入大于负端输入时,输出高电平,否则输出低电平;

【0056】b):将甲、乙两个比较器的负端分别连接到一个计数器2的输出端,并设置计数器循环计数,计数器单个工作周期T内的计数过程为:计数值C先从计数上限值Cmax递减计数至0,再由0递增计数至Cmax,这里Cmax可根据计数器的计数频率和所需的脉冲周期定,在要求脉冲周期为T,而计数器计数频率为f时,Cmax设置为T×f/2的取整;这两步均与上述实施例一相同;

【0057】c)启动计数器,并由中央处理器按照如下公式计算出比较值X、比较值Y,将比较值X、比较值Y同步分别送入甲、乙两个比较器的正端:

【0058】比较值

【0059】比较值

【0060】式中,θ为所需的两个脉冲的移相角,单位为°,取值范围为0~180°;k为周期数,取0,1,2,3...;

【0061】在本实施例中,所需的移相角θ为180°,通过计算得到

【0062】比较值

【0063】比较值

【0064】计数值C以及比较值X和比较值Y在一个周期内的变化曲线如图5所示。

【0065】d)分别从比较器甲和比较器乙的输出端获取PWM脉冲甲P1、PWM脉冲乙P2,则PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2为移相角为180°的一组移相脉宽调制脉冲。

【0066】图5示出了移相PWM脉冲发生电路产生180移相角的PWM脉冲时的计数及比较过程,在t0至t2时间段内,计数器2做下计数,计数值C从计数上限值Cmax变化到0,在t2至t4时间段内,计数器2做上计数,计数值C从0变化到计数上限值Cmax。

【0067】在t0时刻,中央处理器1输出的比较值X和比较值Y变化一次,如要产生180°的移相角,在t0时刻比较值X变化为计数上限值Cmax,比较值Y为0。在t0至t2时间段内,比较值X大于计数值C,比较值Y小于计数值C,因此在图6和7中,在t0至t2时间段内,PWM脉冲甲P1电平均为高电平,而PWM脉冲乙P2的电平为低电平。

【0068】在t2时刻,中央处理器1输出的比较值X和比较值Y又要变化一次,如要产生180°的移相角,在t2时刻比较值X变化为0,而比较值Y变为Cmax。因此,在t2至t4时间段内,比较值X小于计数值C,比较值Y大于计数值C,因此在图6和7中,在t2至t4时间段内,PWM脉冲甲P1为低电平,而PWM脉冲乙P2为高电平。

【0069】经过以上分析,就可以得到如图6和7所示的PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2的波形图,从图中很容易看出,PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2的移相角为180°。

【0070】实施例三:

【0071】本实施例描述如何产生移相角为120°的一组移相脉宽调制脉冲。

【0072】其包括如下的步骤:

【0073】a):如图1所示,设置甲、乙两个比较器3和4,每个比较器各有正端、负端两个输入端,当甲、乙比较器正端输入大于负端输入时,输出高电平,否则输出低电平;

【0074】b):将甲、乙两个比较器的负端分别连接到一个计数器2的输出端,并设置计数器循环计数,计数器单个工作周期T内的计数过程为:计数值C先从计数上限值Cmax递减计数至0,再由0递增计数至Cmax,这里Cmax可根据计数器的计数频率和所需的脉冲周期定,在要求脉冲周期为T,而计数器计数频率为f时,Cmax设置为T×f/2的取整;这两步均与上述实施例一相同;

【0075】c)启动计数器,并由中央处理器按照如下公式计算出比较值X、比较值Y,将比较值X、比较值Y同步分别送入甲、乙两个比较器的正端:

【0076】比较值

【0077】比较值

【0078】式中,θ为所需的两个脉冲的移相角,单位为°,取值范围为0~180°;k为周期数,取0,1,2,3...;

【0079】在本实施例中,所需的移相角θ为120°,通过计算得到

【0080】比较值

【0081】比较值

【0082】计数值C以及比较值X和比较值Y在一个周期内的变化曲线如图8所示。

【0083】d)分别从比较器甲和比较器乙的输出端获取PWM脉冲甲P1、PWM脉冲乙P2,则PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2为移相角为120°的一组移相脉宽调制脉冲。

【0084】图8示出了移相PWM脉冲发生电路产生120°移相角的PWM脉冲时的计数及比较过程,在t0至t2时间段内,计数器2做下计数,计数值C从计数上限值Cmax变化到0,在t2至t4时间段内,计数器2做上计数,计数值C从0变化到计数上限值Cmax。

【0085】在t0时刻,中央处理器1输出的比较值X和比较值Y变化一次,如要产生120°的移相角,在t0时刻比较值X变化为5Cmax/6,比较值Y变化为Cmax/6。在t0至t5时间段内,比较值X小于计数值C,因此在图9中,在t0至t5时间段内,PWM脉冲甲P1为低电平;在t5至t2时间段内,比较值X大于计数值C,因而在图9中,在t5至t2时间段内,PWM脉冲甲P1为高电平。在t0至t6时间段内,比较值Y小于计数值C,因此在图10中,在t0至t6时间段内,PWM脉冲P2为低电平;在t6至t2时间段内,比较值Y大于计数值C,因此在图10中,在t6至t2时间段内,PWM脉冲P2为高电平。根据比例关系,并通过下式:

【0086】

【0087】可以得出t6和t5之间的时间差为周期T的1/3。

【0088】在t2时刻,中央处理器1输出的比较值X和比较值Y变化一次,如要产生120°的移相角,在t0时刻比较值X变化为Cmax/6,比较值Y变化为5Cmax/6。在t2至t7时间段内,比较值X大于计数值C,因此在图9中,在t2至t7时间段内,PWM脉冲甲P1为高电平;在t7至t4时间段内,比较值X小于计数值C,因而在图9中,在t7至t4时间段内,PWM脉冲甲P1为低电平。在t2至t8时间段内,比较值Y大于计数值C,因此在图10中,在t2至t8时间段内,PWM脉冲P2为高电平;在t8至t4时间段内,比较值Y小于计数值C,因此在图10中,在t8至t4时间段内,PWM脉冲P2为低电平。根据比例关系,并通过下式:

【0089】

【0090】可以得出t8和t7之间的时间差为周期T的1/3。

【0091】经过以上分析,就可以得到如图9和10所示的PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2的波形图,从图中很容易看出,PWM脉冲甲P1和PWM脉冲乙P2的移相角为120°。

【说明书附图】


【0001】


图1

【0002】


图2

【0003】


图3

【0004】


图4

【0005】


图5

【0006】


图6

【0007】


图7

【0008】


图8

【0009】


图9

【0010】


图10