RF频带电源装置以及脉冲宽度调制控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术的脉冲宽度调制控制方法以及RF频带电源装置是将调制波的调制波频率fs设为RF频带的单相PWM逆变器的脉冲宽度调制(PWM)控制，基于调制波与载波的比较而生成的栅极信号(PWM脉冲信号)对单相PWM逆变器进行脉冲宽度调制控制。在本控制中，具备：(a)将载波的载波频率fc设为调制波频率fs的偶数N倍的频率同步控制；(b)将调制波设为奇函数的正弦波，将载波设为奇函数的三角波的奇函数控制；(c)在调制波的各周期中，将载波与调制波相位同步的相位同步控制的各控制，频率同步控制将载波频率fc设为调制波频率fs的偶数N倍，基于fc＝N

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】RF频带电源装置以及脉冲宽度调制控制方法


[0001]本专利技术涉及在RF(Radio Frequency：射频)频带中输出正弦波的RF频带电源装置以及脉冲宽度调制控制方法。RF(RadioFrequency：射频)频带的频率频带包含LF频带(30kHz
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300kHz)、MF频带(300kHz
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3MHz)、HF频带(3MHz
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30MHz)、VHF频带(30MHz
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300MHz)、UHF频带(300MHz
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30GHz)。另外，在详细的说明项中，作为RF频带的一例，使用HF频带进行说明。

技术介绍

[0002]作为RF频带中的放大电路，已知有模拟放大电路和数字放大电路。模拟放大电路根据偏置量被分类为A级、B级、C级。作为数字放大电路，已知有基于RF频带中的单相方波逆变器的D类放大电路。
[0003]以往，已知在输出正弦波的RF频带电源装置中使用A级
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C级的放大电路，但由于低效率且损耗大，因此在大容量化方面存在难点。
[0004]RF频带中的单相PWM逆变器的D类放大电路由MOSFET等半导体开关元件的单相全桥电路构成，具备D类全桥放大器。单相PWM逆变器通过使半导体开关元件进行接通/断开切换动作而对桥电路进行PWM控制，从而被用作将直流电源的直流电压转换为交流电压的电力转换装置。
[0005]基于单相PWM逆变器的电力转换装置通过将相反的两个调制波与载波进行比较来生成PWM信号，通过所生成的PWM信号控制单相PWM逆变器的开关元件的接通/断开切换动作，得到单极波形的正弦波输出的交流波形。在此，相反的两个波形意味着极性相互相反，处于相互错开180
°
的相位关系，单极波形意味着波形的极性仅是正或者负的一方。
[0006]在专利文献1中记载有通过PWM控制将直流电压转换为可变电压可变频率的交流并输出正弦波的PWM逆变器。在专利文献2中，关于将直流电力转换为商用交流电力的逆变器装置，记载了通过将PWM载波信号的频率设定为电流指令信号的频率的整数倍，能够使全桥电路的第一臂和第二臂的开关动作同步，作为其一例，示出了将PWM载波信号的频率设定为20kHz、将电流指令信号的频率设定为50Hz的例子。
[0007]在PWM逆变器中，表示载波频率与调制波频率之间的关系的N相当于对开关元件进行驱动控制的开关脉冲存在于调制波的一个周期内的脉冲数。为了使调制波的一个周期内的脉冲数不变动，要求N为整数。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1：日本特开平04
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4756号公报
[0011]专利文献2：日本特开2001
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320884号公报

技术实现思路

[0012]专利技术所要解决的课题
[0013]在RF频带使单相PWM逆变器动作，输出高效率的正弦波的交流。因此，单相PWM逆变器的从直流电压向交流电压的电力转换通过用PWM脉冲切换单相PWM逆变器所具备的各开关元件的接通/断开动作来进行。该PWM脉冲信号通过调制波与载波的比较而生成。该单相PWM逆变器使用相反的两个正弦波作为调制波，从而形成单极波形的逆变器输出电压。逆变器输出的输出电压成为与调制波相同的频率的正弦波。
[0014]单相PWM逆变器使用两个将上臂(arm)的开关元件与下臂的开关元件串联连接而成的支路(leg)，将两个支路并联连接而构成单相全桥，利用相反的两个相的一相的PWM脉冲信号控制两个支路的一方，利用另一方的相的PWM脉冲信号控制另一方。在上下臂的两支路的中点之间连接负载，流过相反方向的电流而作为交流负载，将直流电压电力转换为交流电压。
[0015]本专利技术的正弦波输出的频率频带是RF频率。该RF频率的频率频带的同步偏差表示与商用频率的频率频带中的同步偏差不同的方式。
[0016]在商用频率的频率频带中，一般载波频率fc被选定为比可听频率高的20kHz以上来使用，因此脉冲数N成为较大的值，载波频率的同步偏差小到能够忽视的程度。因此，在商用频率的频率频带中，对于调制波频率fs，考虑基于脉冲数N的设定而产生的载波频率fc的频率偏移的必要性小。
[0017]另一方面，在RF频率的频率频带中，在与商用频率的频率频带同样地使用了大的脉冲数N的情况下，载波频率fc的频率偏移变小，但由于频率频带是高频频带，所以载波频率成为非常高的频率，并且若应用大的脉冲数N，则开关损失变得过大，因此不适合作为RF频带电源装置。因此，在RF频带中使用较小的脉冲数N。
[0018]单相PWM逆变器的开关元件的控制使用对相反的两个调制波和载波进行比较而生成的PWM脉冲来进行。在该控制中，在将调制波的一个周期内的PWM脉冲N限制为较小的值而进行的情况下，调制波以及载波的相位、频率、波形形状等信号特性受到PWM脉冲的特性的影响。特别是，由于在RF频带中的单相PWM逆变器的动作中影响较大，因此需要抑制对PWM脉冲的特性的影响。
[0019]在脉冲数N被限制为较小的值的情况下，在调制波的各周期，若调制波与载波产生相位偏移，则在单相PWM逆变器的各支路中，在控制开关元件的PWM脉冲信号的支路间产生差异。该各支路中的PWM脉冲信号的差异使各支路中产生的电力损失的平衡产生偏差。各支路的电力损失的平衡的偏差成为单相PWM逆变器输出的交流输出的电力变动的主要原因。
[0020]为了使单相PWM逆变器的正弦波输出的电力变动少且稳定，需要抑制各支路的电力变动。为此，在单相PWM逆变器的各支路中，要求使调制波的每个正或负的半周期的电压波形具有对称性，调制波的各周期中的输出电力不产生变动的PWM脉冲。
[0021](基于偶函数的栅极信号的非对称性)
[0022]通过将载波C相对于调制波S设为奇函数或者偶函数，能够得到输出波形的对称性。
[0023]然而，在对相位相反的两个调制波与载波进行比较而生成PWM脉冲输出，并使用该PWM脉冲信号来控制单相PWM逆变器的开关元件的情况下，在比调制波的一个周期短的范围的半周期内，要求栅极信号的信号波形的对称性。
[0024]在载波C相对于调制波S为偶函数的情况下，在调制波的正的半周期内或负的半周
期内，对并联连接的两个支路的各支路所具备的开关元件进行驱动的栅极信号成为非对称的波形。半周期内的栅极信号的非对称性产生开关损失的偏差。调制波的一个周期的占空比D产生从0.5的偏移。该占空比D相对于0.5的偏移成为在各开关元件中产生接通损失的偏差的主要原因。
[0025]因此，偶函数的载波得到调制波S的一个周期内的波形的对称性，但调制波S的半周期内的栅极信号成为非对称的波形，占空比D从0.5偏移，其结果，各开关元件的接通损失产生偏差。
[0026]图8是用于说明基于偶函数的栅极信号的非对称性的图。图8的(a)表示调制波、载波，图8的(b)表示一方的支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种RF频带电源装置，其特征在于，具备：直流电源；单相PWM逆变器，其在所述直流电源的正端与负端之间具备单相全桥电路，通过各开关元件的接通/断开动作将从所述直流电源供给的直流输入转换为交流输出，该单相全桥电路是将在上下臂具有开关元件的两个支路并联连接而成的；以及逆变器控制部，其基于调制波与载波的比较来生成栅极信号，并以该栅极信号为PWM脉冲信号进行所述开关元件的接通/断开动作，对所述单相PWM逆变器进行脉冲宽度调制PWM控制，所述逆变器控制部具备生成栅极信号的PWM控制部和调制波/载波生成部，调制波/载波生成部具备：频率同步部，其将所述调制波的调制波频率fs设为RF频带的频率，并将所述载波的载波频率fc设为所述调制波频率fs的偶数N倍；奇函数控制部，其将所述调制波设为奇函数的正弦波，并将所述载波设为奇函数的三角波；以及相位同步部，其在所述调制波的各周期，使所述载波与调制波进行相位同步。2.根据权利要求1所述的RF频带电源装置，其特征在于，对于载波，所述频率同步部设为在所述调制波的一个周期2π以半周期π的相位时间点为基准时间点使正负反转的点对称的关系。3.根据权利要求1或2所述的RF频带电源装置，其特征在于，在所述调制波的各一个周期2π内，所述奇函数控制部设为针对各所述支路按所述调制波的半周期π交替地调换调制波的前半的半周期中的栅极信号的时序模式和后半的半周期中的栅极信号的时序模式的关系，生成具有以半周期π的相位时间点为基准时间点的交替性的栅极信号。4.根据权利要求1或2所述的RF频带电源装置，其特征在于，在所述调制波的各半周期π内，所述奇函数控制部针对各所述支路以所述调制波的四分之一周期π/2为边界，使所述调制波的前半的四分之一周期中的栅极信号的时序模式和后半的四分之一周期中的栅极信号的时序模式反转，生成具有以四分之一周期π/2的相位时间点为基准时间点的对称性的栅极信号。5.根据权利要求3所述的RF频带电源装置，其特征在于，具备相位相反的两个调制波，所述奇函数控制部进行如下控制：通过相位相反的一方的调制波与载波的比较，生成将在所述调制波的前半的半周期驱动一方的支路的开关元件、在所述调制波的后半的半周期驱动另一方的支路的开关元件的时序模式设为相同的第一时序模式的栅极信号；通过相对于所述一方的调制波相位偏移了π的另一方的调制波与载波的比较，生成将在所述调制波的后半的半周期驱动一方的支路的开关元件、在所述调制波的前半的半周期驱动另一方的支路的开关元件的时序模式设为相同的第二时序模式的栅极信号；在所述调制波的一个周期内，以所述调制波的半周期π的相位时间点为基准时间点，调换所述第一时序模式的栅极信号和所述第二时序模式的栅极信号的顺序的两个栅极信号
具有以半周期π的相位时间点为基准时间点的交替性；以及在所述调制波的一个周期内，按半周期切换所述第一时序模式的栅极信号以及所述第二时序模式的栅极信号来驱动控制各所述支路的各开关元件，通过脉冲宽度调制PWM将直流输入转换为交流输出。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：让原逸男，米山知宏，小林昌平，细山田悠，
申请(专利权)人：株式会社京三制作所，
类型：发明
国别省市：