一种电力电子设备的控制脉冲的发生方法技术

本发明专利技术涉及一种电力电子设备的控制脉冲的发生方法，首先对前端的同步信号进行处理，产生相位标度数据，或者对相位脉冲信号进行相位计数，获得相位标度数据；对输入的控制信号进行转换处理，得到控制数据，并将其存入存储空间中，按照数据交换逻辑读取脉冲数据，将其中的相位角度与上述相位标度数据进行比较，并将脉冲电平值进行逻辑转化，产生出原始脉冲信号，原始脉冲信号经脉冲调理，得到最终的输出脉冲信号。本发明专利技术方法实现了基于相位角度的脉冲发生，易于实现同步控制功能；该方法还能够实现多样的电力电子设备的控制脉冲的发生功能，广泛满足实际应用的要求；该方法实现了存储空间的统一管理，提高了数据传输效率，解决了速度匹配问题。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，该方法产生的信号主要用于电力系统的电力电子设备中，并为电力电子器件提供各种方波脉冲控制信号，属于电力电子控制领域。
技术介绍
在最初的电力电子设备中，控制脉冲的发生大都是采用模拟方法实现，而这些模拟方法具有很多的缺点。首先，模拟电路中所用器件数量众多，电路关系复杂，调试设计比较困难。这个设计上的困难也使得模拟方式的脉冲发生电路往往功能单一，应用范围窄，灵活性差。其次，模拟脉冲发生电路中采用电位器、拨码盘等器件实现电路工作状况的调节，以及采用模拟电压信号或模拟电流信进行脉冲发生的控制，这种调控方式既不直观，又不简便。再有，模拟器件容易受到噪声和温度等环境因素干扰，模拟方法实现脉冲发生的控制精度也比较低。最后，模拟控制系统的工作状况不便于监示，人机交互性差。随着单片机、DSP和CPU等微处理芯片的出现，为电力电子设备的控制脉冲的发生提供了一种数字化的实现方法。这种方法在一定程度上解决了模拟方法的弊病，但同时又引入了新的问题。这是因为微处理芯片一般只能以单线程方式执行程序，脉冲的计算和发送作为一部分程序需要占用指令执行时间。而且电力电子应用中的控制脉冲往往又需要同步发生，这对微控制器处理这些任务的速度和优先级安排提出了约束，使软件设计和调试的难度增加。在电力电子的控制装置中，对应多个电力电子器件需要提供多路各不相同的控制脉冲输出，各路脉冲不仅在程序设计中要相互兼顾，还会占用一大部分的接口资源。另一种解决思路是采用数字逻辑的方法实现电力电子设备的控制脉冲的发生。尤其随着可编程逻辑器件朝大规模和高集成方向的发展，使采用数字逻辑方法实现电力电子设备的控制脉冲发生的设计研究多了起来。在2000年12月第24卷23期的《电力系统自动化》中有一篇文章《基于FPGA的静止补偿器PWM脉冲发生器设计》，该文介绍了一种数字逻辑实现电力电子应用中脉宽调制脉冲的产生方法，附图1给出了其原理框图。依照图1，该系统首先需要通过数据总线在存储空间中设入脉宽参数，而后在同步信号控制下对时钟信号进行计数，当计数值与当前脉宽参数相同时，就切换输出脉冲的信号电平，而后计数清零并读取下一个脉宽参数，这样继续运算下去，产生出设定脉宽的脉冲序列波形。此外，该系统的脉冲输出逻辑还具有死区形成功能，该功能能够实现两个输出信号的互锁控制。已有的这个采用数字逻辑实现的电力电子设备的控制脉冲发生电路规模较小，功能单一，只能产生脉宽调制脉冲。该方法在实际应用中需要依靠外接微处理控制装置计算出脉宽数据，然后填入其存储空间，才能产生出控制脉冲信号，即必须配合其它微处理装置才能工作，所以该方法没有自行产生脉冲的能力，控制方式也比较复杂。再有，由于该系统采用的脉冲发生方法利用的是脉宽数据，这种数据不能够反映脉冲的相位角度，所以该方法难以实现脉冲的同步输出控制，工作可靠性低。此外，该脉冲发生方法也不具有显示和监控功能，不便于了解系统脉冲发生的工作状况。在数据速度匹配上，只有微处理芯片计算脉宽数据的速度，以及数据填入存储空间的速度大于脉冲发生的速度，这个脉冲方法才能正常工作。这种数据控制和传输方式不够灵活，对微处理控制装置的速度性能要求较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出，采用数字逻辑结构实现电力电子设备的控制脉冲的发生，直接基于相位角度发出脉冲，从而易于实现脉冲的同步产生；该方法能够实现针对不同电力电子应用的多种控制脉冲发生功能，能够实现脉冲调制、最小脉宽控制和脉冲互锁；该方法能够提供灵活的控制方式，简化控制过程；实现存储空间的统一编址访问，提高数据交换效率，降低速度的匹配要求。本专利技术提出的电力电子设备的控制脉冲的发生方法，包括以下各步骤1、对由前端信号处理部分输入的同步信号进行同步处理，产生出相位标度数据，或者对由频率合成得到的相位脉冲信号进行相位计数，获得相位标度数据。2、对由控制平台输入的控制信号进行转换处理，得到控制脉冲发生的控制数据，控制数据在数据交换逻辑的控制下存入存储空间中，上述控制数据包括状态控制数据和脉冲数据，脉冲数据中包含相位角度和对应于该相位角度的脉冲电平值。3、按照数据交换逻辑，从存储空间中读取上述脉冲数据，将读取的脉冲数据的相位角度和上述第1步得到的相位标度数据进行比较，依据该比较结果以及在状态控制数据的控制下将读取出的脉冲数据的脉冲电平值进行逻辑转化，产生出原始脉冲信号。4、对上述原始脉冲信号进行脉冲调理，得到最终的输出脉冲信号。本专利技术方法实现了基于相位角度的脉冲发生，易于实现同步控制功能；该方法结构还能够实现多样的电力电子设备的控制脉冲的发生功能，能够广泛满足实际应用的要求；该方法实现了存储空间的统一管理，并采用数据交换逻辑控制数据的访问，提高了数据传输效率，解决了速度匹配问题。附图说明图1是已有技术中的一种数字逻辑方法实现电力电子设备的控制脉冲发生的原理框图。图2是本专利技术电力电子设备的控制脉冲的发生方法的原理框图。图3是本专利技术方法中相位控制部分的一个实施例的原理框图。图4是本专利技术方法中脉冲发生部分的第一个实施例的原理框图。图5是本专利技术方法中脉冲发生部分的第二个实施例的原理框图。图6是本专利技术方法中脉冲发生部分的第三个实施例中脉宽调制脉冲数据计算部分的原理框图。图7是本专利技术方法中脉冲调理部分的一个实施例的原理框图。图8是本专利技术方法中控制接口部分的第二个实施例的原理框图。图9是本专利技术方法中存储空间管理部分的一个实施例的原理框图。具体实施例方式本专利技术方法划分了相位控制、脉冲发生、脉冲调理、控制接口、存储空间管理和数据交换逻辑六个处理环节来实现电力电子设备的控制脉冲发生，图2给出了本专利技术方法实施的原理框图。如图2所示，当采用由前端信号处理部分输入的同步信号时，相位控制部分将对同步信号进行同步处理，并依此产生出相位标度数据。当不采用同步信号时，相位控制部分将利用其内部的频率合成功能产生出相位脉冲信号，然后对这个相位脉冲进行计数，获得相位标度数据。然后，脉冲发生部分基于相位标度，并按照存储空间中的状态控制数据和脉冲数据，对脉冲电平进行逻辑运算，产生出原始脉冲信号。原始脉冲信号还要经过脉冲调理部分，进行高频调制、最小脉宽控制、互锁输出延时和输出封锁控制等处理，最后得到输出脉冲。本系统的控制接口部分完成控制信号到控制数据的转换，并且通过向数据交换逻辑部分申请数据交换，实现对存储空间的数据访问。存储空间管理部分对本专利技术系统的存储空间进行统一编址和访问管理。数据交换逻辑部分采用了申请响应控制逻辑和优先级处理方法实现控制接口、存储空间管理和脉冲发生这些部分之间的数据交换。图3是本专利技术相位控制部分的一个实施例的原理结构，该实施结构可以在锁相选择信号和联机选择信号的控制下实现三种工作方式，它们是锁相同步工作方式、非锁相自行工作方式和联机同步工作方式。在锁相同步工作方式下，锁相选择信号通过对选择模块的控制将使鉴相、环路滤波、频率合成和分频组成的锁相环路闭合，输入的同步信号被锁相倍频，从而得到相位脉冲信号。相位脉冲信号的频率是被同步锁相的基波频率的N倍，其中N由锁相环路中分频部分的倍数决定。依据系统前端的信号处理对同步信号造成的相移设定出补偿角度参数，该补偿角度参数和基波信号一起控制着相位补偿部分。相位补偿部分对相位脉冲进行计数判断，产生出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电子设备的控制脉冲的发生方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：（１）对由前端信号处理部分输入的同步信号进行同步处理，产生出相位标度数据，或者对由频率合成得到的相位脉冲信号进行相位计数，获得相位标度数据；（２）对由控制平台输入 的控制信号进行转换处理，得到控制脉冲发生的控制数据，控制数据在数据交换逻辑的控制下存入存储空间中，上述控制数据包括状态控制数据和脉冲数据，脉冲数据中包含相位角度和对应于该相位角度的脉冲电平值；（３）按照数据交换逻辑，从存储空间中读取上述 脉冲数据，将读取的脉冲数据的相位角度和上述第１步得到的相位标度数据进行比较，依据该比较结果以及在状态控制数据的控制下将读取出的脉冲数据的脉冲电平值进行逻辑转化，产生出原始脉冲信号；（４）对上述原始脉冲信号进行脉冲调理，得到最终的输出脉冲 信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庞浩，王赞基，陈建业，刘秀成，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]