基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法及装置，其中，方法包括：根据阶梯波函数生成阶梯波信号；对阶梯波信号进行采样，得到呈阶梯波分布的阶梯波序列；根据阶梯波序列和最大频率波动得到扰动频率值；根据基准开关频率和扰动频率值得到频率变化的载波信号；根据载波信号和调制波信号比较生成扩频PWM控制信号。该方法能够更为有效的抑制电力电子变换器电磁干扰，在抑制效果上，不仅能够更大幅度的降低开关频率及其倍数次谐波幅值，更重要的是只在开关频率及其倍数次附近小范围内有谐波幅值的增加，频谱频率扩展范围窄，避免了低频噪声及次谐波噪声的产生，能够进一步提高电力电子变换器的电磁兼容性。

Periodic spread spectrum PWM control method and device based on step wave sequence

The invention discloses a periodic spread spectrum PWM control method and device based on the ladder wave sequence, in which the step wave signal is generated according to the step wave function, and the step wave signal is sampled to get the step wave sequence in the step wave distribution, and the frequency value of the disturbance is obtained according to the step wave sequence and the maximum frequency fluctuation. A carrier signal that is worth changing to frequency according to the frequency of the reference switch and the frequency of disturbance; a spread spectrum PWM control signal is generated according to the carrier signal and the modulated wave signal. This method can effectively suppress the electromagnetic interference of the power electronic converter. In the suppression effect, it can not only reduce the switching frequency and the multiplier harmonic amplitude, but also the increase of the harmonic amplitude only in the small range of the switching frequency and its multiples, and the narrow range of frequency spectrum frequency expansion. The generation of low frequency noise and sub harmonic noise can further improve the electromagnetic compatibility of power electronic converters.

【技术实现步骤摘要】
基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法及装置
本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种基于阶梯波序列的周期扩频PWM(PulseWidthModulation，脉宽调制)控制方法及装置。
技术介绍
随着电力电子技术的快速发展，电力电子变换器已经广泛应用于生产生活中。但是电力电子变换器中由于开关器件高频动作所引起的EMI(ElectromagneticInterference，电磁干扰)问题同样得到了广泛关注。扩频PWM技术是一种基于改变电力电子变换器开关频率提出的用于抑制电力电子变换器EMI的PWM技术，它能够改变EMI的频谱分布，可以有效降低电力电子变换器开关频率及其倍数次处的EMI峰值。相关技术中，将扩频PWM应用于抑制各种类型电力电子变换器的EMI中，通过周期扩频PWM、随机扩频PWM、混沌扩频PWM等方法实现电力电子变换器的扩频PWM控制，并分析扩频PWM抑制EMI的机理，利用解析方法、仿真和实验验证扩频PWM抑制EMI的效果。传统周期扩频PWM以三角波、正弦波、方波等周期函数作为调制信号，通过选择调制参数，可以限制边带范围，但是EMI峰值抑制能力不强；随机扩频PWM和混沌扩频PWM分别以随机信号和混沌信号作为调制信号，虽然对EMI峰值具有很好的效果，但是随机信号和混沌信号频域上具有宽带白噪声特性，将边带连续地扩展到整个频率范围内，产生大量次谐波和低频谐波，造成次谐波噪声和低频噪声，不利于电力电子变换器EMI的抑制。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法，该方法能够更为有效的抑制电力电子变换器电磁干扰，在抑制效果上，不仅能够更大幅度的降低开关频率及其倍数次谐波幅值，更重要的是只在开关频率及其倍数次附近小范围内有谐波幅值的增加，频谱频率扩展范围窄，避免了低频噪声及次谐波噪声的产生，能够进一步提高电力电子变换器的电磁兼容性。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法，包括以下步骤：根据阶梯波函数生成阶梯波信号；对所述阶梯波信号进行采样，得到呈阶梯波分布的阶梯波序列；根据所述阶梯波序列和最大频率波动得到扰动频率值；根据所述基准开关频率和所述扰动频率值得到频率变化的载波信号；根据所述载波信号和调制波信号比较生成扩频PWM控制信号。本专利技术实施例的基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法，可以通过对阶梯波信号进行采样得到阶梯波序列，从而根据阶梯波序列和最大频率波动得到扰动频率值，并根据基准开关频率和扰动频率值得到频率变化的载波信号，以对载波信号和调制波信号比较生成扩频PWM控制信号，能够更为有效的抑制电力电子变换器电磁干扰，在抑制效果上，不仅能够更大幅度的降低开关频率及其倍数次谐波幅值，更重要的是只在开关频率及其倍数次附近小范围内有谐波幅值的增加，频谱频率扩展范围窄，避免了低频噪声及次谐波噪声的产生，能够进一步提高电力电子变换器的电磁兼容性。另外，根据本专利技术上述实施例的基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述阶梯波信号的数学表达式为：其中，A1，A2，N为阶梯波函数的参数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据以下公式对所述阶梯波函数的参数进行限制，以使阶梯波序列的取值范围为(-1,1)，公式为：其中，fm为阶梯波信号的频率。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述载波信号的频率用如下公式表示，其值在预设范围内变化。fc＝fr+xi·Δf,xi∈(-1,1),i＝1,2,...，其中，fc为混沌载波信号的频率，fr为基准载波频率，Δf为最大频率波动值，xi为所述阶梯波序列。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据电力电子变换器的参数获取所述阶梯波函数的参数A1，A2以达到最优的电磁干扰抑制效果。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制装置，包括：第一生成模块，用于根据阶梯波函数生成阶梯波信号；采集模块，用于对所述阶梯波信号进行采样，得到呈阶梯波分布的阶梯波序列；第一获取模块，用于根据所述阶梯波序列和最大频率波动得到扰动频率值；第二获取模块，用于根据所述基准开关频率和所述扰动频率值得到频率变化的载波信号；第二生成模块，用于根据所述载波信号和调制波信号比较生成扩频PWM控制信号。本专利技术实施例的基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制装置，可以通过对阶梯波信号进行采样得到阶梯波序列，从而根据阶梯波序列和最大频率波动得到扰动频率值，并根据基准开关频率和扰动频率值得到频率变化的载波信号，以对载波信号和调制波信号比较生成扩频PWM控制信号，能够更为有效的抑制电力电子变换器电磁干扰，在抑制效果上，不仅能够更大幅度的降低开关频率及其倍数次谐波幅值，更重要的是只在开关频率及其倍数次附近小范围内有谐波幅值的增加，频谱频率扩展范围窄，避免了低频噪声及次谐波噪声的产生，能够进一步提高电力电子变换器的电磁兼容性。另外，根据本专利技术上述实施例的基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述阶梯波信号的数学表达式为：其中，A1，A2，N为阶梯波函数的参数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一生成模块还用于通过以下公式对所述阶梯波信号的参数进行限制，以使阶梯波序列的取值范围为(-1,1)，公式为：其中，fm为阶梯波信号的频率。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述载波信号的频率用如下公式表示，其值在预设范围内变化。fc＝fr+xi·Δf,xi∈(-1,1),i＝1,2,...，其中，fc为混沌载波信号的频率，fr为基准载波频率，Δf为最大频率波动值，xi为所述阶梯波序列。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据电力电子变换器的参数获取所述阶梯波函数的参数A1，A2以达到最优的电磁干扰抑制效果。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法的流程图；图2为根据本专利技术一个实施例的阶梯波信号示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的阶梯波调制信号示意图；图4为根据本专利技术一个具体实施例的基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法的流程图；图5为根据本专利技术一个实施例的Boost变换器拓扑图及其EMI干扰路径的示意图；图6为根据本专利技术一个实施例的不同控制方式下Boost变换器Vds频谱示意图；图7为根据本专利技术另一个实施例的不同控制方式下Boost变换器Vds频谱示意图；图8为根据本专利技术再一个实施例的不同控制方式下Boost变换器Vds频谱示意图；图9为根据本专利技术实施例的基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制装置的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法，其特征在于，包括以下步骤：根据阶梯波函数生成阶梯波信号；对所述阶梯波信号进行采样，得到呈阶梯波分布的阶梯波序列；根据所述阶梯波序列和最大频率波动得到扰动频率值；根据所述基准开关频率和所述扰动频率值得到频率变化的载波信号；以及根据所述载波信号和调制波信号比较生成扩频PWM控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法，其特征在于，包括以下步骤：根据阶梯波函数生成阶梯波信号；对所述阶梯波信号进行采样，得到呈阶梯波分布的阶梯波序列；根据所述阶梯波序列和最大频率波动得到扰动频率值；根据所述基准开关频率和所述扰动频率值得到频率变化的载波信号；以及根据所述载波信号和调制波信号比较生成扩频PWM控制信号。2.根据权利要求1所述的基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法，其特征在于，所述阶梯波信号的数学表达式为：其中，A1，A2，N为阶梯波函数的参数。3.根据权利要求2所述的基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法，其特征在于，根据以下公式对所述阶梯波函数的参数进行限制，以使阶梯波序列的取值范围为(-1,1)，公式为：其中，fm为阶梯波信号的频率。4.根据权利要求1所述的基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法，其特征在于，所述载波信号的频率用如下公式表示，其值在预设范围内变化。fc＝fr+xi·Δf,xi∈(-1,1),i＝1,2,...，其中，fc为混沌载波信号的频率，fr为基准载波频率，Δf为最大频率波动值，xi为所述阶梯波序列。5.根据权利要求2所述的基于阶梯波序列的周期扩频PWM控制方法，其特征在于，根据电力电子变换器的参数获取所述阶梯波函数的参数A1，A2以达到最优的电磁干扰抑制效果。6.一种基于阶梯波序列的周期扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：李虹，杨志昌，郑琼林，张波，吕金虎，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11