简易脉冲互补PWM发生电路及方法与流程

简易脉冲互补pwm发生电路及方法
技术领域
1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种简易脉冲互补pwm发生电路及方法。


背景技术：

2.逆变桥的某项功率模块中，为避免使用功率模块直通发生过热，损耗功率模块甚至导致逆变器损坏，一般都会在功率模块加入死区时间，而由于温度等工况不同时，施加的死区时间不同；每个厂家针对自家技术特点，对功率器件的死区时间设置也有不同；并且功率器件在使用时间较长时，其内置的死区时间也会随着模块的损耗而发生变化。由于逆变器输出电压与输出电流会随着死区时间的加入而失真，如果功率模块死区时间过大，则对于感应电机的情况，系统会变的不稳定，且可能会引起一系列崩溃的严重后果。只有准确的测试不同工况下功率模块的死区时间，才能在使用过程中正确的通过控制程序调整最佳死区时间，保证功率模块的正常工作，最大程度避免输出电压及电流的失真，因此对功率模块进行死区时间测试是必要的。
3.现有技术多采用谐振电路作为方波的发生装置，使用不同数量的反相器，让pwm1和pwm2形成反相位。由于pwm1是原始信号经过一个反相器产生的，pwm2是经过两个反相器产生的，所以pwm2的动作时间一定慢于pwm1的动作时间，且这个时间为定值，不能被消除。并且由于原始信号的产生是通过谐振电路，而谐振电路的频率范围受制于所选运算放大器，当频率高的时候受制于运转放大器的转换速率，频率低的时候受制于运算放大器的偏流和噪声。且由于采用非电气隔离系统，使用反相器对后级进行驱动，输出的电流较小，难以适用高压大电流的情况。而基于fpga的pwm生成电路，需要专门的硬件编程语言，开发难度较大，并且由于fpga拥有包括多个电压供电的需求，外围电路较多，费用较高，对开发调试人员要求较高，操作困难。


技术实现要素：

4.本发明提供一种简易脉冲互补pwm发生电路及方法，以克服上述技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.一种简易脉冲互补pwm发生电路，包括：脉冲发生装置、受控切换模块、第一信号发送模块和第二信号发送模块；
7.所述脉冲发生装置输入端vcc连接第一电源vcc1，输出端out连接第六电阻r6；所述第七电阻r7一端与第六电阻r6连接，另一端接地；
8.所述第一信号发送模块包括串联的第一信号发送装置和第一电阻r1；所述第二信号发送模块包括串联的第二信号发送装置和第二电阻r2；所述第一信号发送模块一端连接于受控切换模块与第一电源vcc1连接处；所述第一信号发送模块另一端与第二信号发送模块连接于电路接口a；所述第二信号发送模块的另一端接地；
9.所述受控切换模块一端连接于所述第六电阻r6与第七电阻r7的连接处；另一端连接于电路接口a；
10.第三电容c3一端与所述电路接口a连接，另一端连接于所述受控切换模块接地连接处；所述第一电源vcc1的另一端接地。
11.进一步的，所述脉冲发生装置采用的是555定时器。
12.进一步的，还包括第四电阻r4、第五电阻r5、第二电容c2和第一电容c1；所述第四电阻r4一端连接555定时器的rst接口，另一端连接555定时器的dis接口；所述第四电阻r4与所述第一电源vcc1连接；所述第五电阻r5一端连接于所述第四电阻r4与dis接口的连接处，另一端于所述第一电容c1连接；所述第一电容c1的另一端接地；所述555定时器的thr接口连接于所述第五电阻r5与第一电容c1的连接处；所述555定时器的tri接口连接于所述第五电阻r5与555定时器的thr接口连接处；所述555定时器的con接口与所述第二电容c2连接；所述第二电容c2的另一端接地。
13.进一步的，所述受控切换模块包括mos管q和第三电阻r3；所述mos管q的栅极g连接于所述第六电阻r6与第七电阻r7的连接处；所述mos管q的漏极d与第三电阻r3连接；所述电路接口a与所述mos管q的漏极d连接；所述mos管q的源极s与所述第二信号发送模块连接处接地；所述第三电阻r3的另一端与所述第一电源vcc1连接。
14.进一步的，所述受控切换模块是逻辑器件u3；所述逻辑器件u3一端连接于所述第六电阻r6与第七电阻r7的连接处；另一端连接于电路接口a。
15.进一步的，所述第一信号发送装置为第一光纤发送模块kp1，所述第二信号发送装置为第二光纤发送模块kp2。
16.进一步的，所述第一信号发送装置为第一无源光耦u1，所述第二信号发送装置为第二无源光耦u2。
17.进一步的，所述第一无源光耦u1的第一副边二次侧一端接地，另一端与第八电阻r8连接；所述第八电阻r8的另一端与第二电源vcc2连接，所述第二电源vcc2的另一端接地；
18.所述第二无源光耦u2的第二副边二次侧一端接地，另一端与第九电阻r9连接，所述第九电阻r9的另一端与第二电源vcc2连接。
19.进一步的，所述第一无源光耦u1和第二无源光耦u2均采用tlp627。
20.一种简易脉冲互补pwm发生方法，包括如下步骤：
21.s101：将电源接入所述脉冲发生装置输入端vcc，所述脉冲发生装置交替输出第一电平信号和第二电平信号；
22.s102：所述脉冲发生装置输出的脉冲方波信号由第一电平信号电平变为第二电平信号时，所述受控切换装置导通，电路接口a点电压等于第一电压值；
23.s103：启动第一信号发送模块，输出第一测试信号；
24.s104：当所述脉冲发生装置输出的脉冲方波信号由第二电平信号电平变为第一电平信号时，所述受控切换装置不导通，电路接口a点电压等于第二电压值；
25.s105：启动第二信号发送模块，输出第二测试信号；
26.a106：循环所述步骤102～105，交替输出第一测试信号和第二测试信号；所述第一测试信号和第二测试信号互补。
27.有益效果：本发明的一种简易脉冲互补pwm发生电路及方法，通过脉冲发生装置交替产生的第一电平信号和第二电平信号，不断的导通和关闭受控切换模块，以交替启动所述第一信号发送模块和第二信号发送模块，于是交替输出第一测试信号和第二测试信号，
所述第一测试信号和第二测试信号互补。第一测试信号和第二测试信号输入到待测功率模块即能够对待测试功率模块进行测试。由于本发明的输出信号完全互补，不存在死区时间，因此对待测功率模块死区时间的测试结果是真实的待测功率模块死区时间。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明信号发送模块输出光信号时的电路图；
30.图2为本发明信号发送模块输出电信号时的电路图；
31.图3为本发明信号发送模块输出光信号时仿真电路图；
32.图4为本发明信号发送模块输出电信号时仿真电路图；
33.图5为本发明的pwm发生电路方法流程图；
34.图6为本发明的受控切换模块另一实施例电路图。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本实施例提供了一种简易脉冲互补pwm发生电路，如图1、2所示，包括：脉冲发生装置、受控切换模块、第一信号发送模块和第二信号发送模块；
37.所述脉冲发生装置输入端vcc连接第一电源vcc1，输出端out连接第六电阻r6；所述第七电阻r7一端与第六电阻r6连接，另一端接地；
38.所述第一信号发送模块包括串联的第一信号发送装置和第一电阻r1；所述第二信号发送模块包括串联的第二信号发送装置和第二电阻r2；所述第一信号发送模块一端连接于受控切换模块与第一电源vcc1连接处；所述第一信号发送模块另一端与第二信号发送模块连接于电路接口a；所述第二信号发送模块的另一端接地；
39.第三电容c3一端与所述电路接口a连接，另一端连接于所述受控切换模块接地连接出；所述第一电源vcc1的另一端接地。
40.所述受控切换模块一端连接于所述第六电阻r6与第七电阻r7的连接处；所述受控切换模块另一端连接于电路接口a；
41.在一个实施例中，所述受控切换模块包括mos管q和第三电阻r3；所述mos管q的栅极g连接于所述第六电阻r6与第七电阻r7的连接处；所述mos管q的漏极d与第三电阻r3连接；所述电路接口a与所述mos管q的漏极d连接；所述第三电阻r3与所述第一电阻r1的电路接口连接于第一电源vcc1；所述受控切换模块与所述第二信号发送模块连接处接地；所述第一电源vcc1的另一端接地。
42.具体的，本实施例中的受控切换模块采用mos管q将所述脉冲发生装置中交替输出
的第一电平信号和第二电平信号，最终转换为互补的第一测试信号和第二测试信号输出，以为待测功率模块提供输入信号。
43.所述mos管q的栅极g连接于所述第六电阻r6与第七电阻r7的连接处；所述mos管q的漏极d与第三电阻r3连接；所述第一信号发送模块与所述第二电阻r2的电路接口a连接于所述mos管q的漏极d；所述第二信号发送模块的另一端与mos管q的源极s连接；所述mos管q的源极s接地；所述第三电阻r3与所述第一电阻r1的电路接口连接于第一电源vcc1。具体的，所述第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3的电阻值随着第一电源vcc的值变化而变化，在本实施例中，所述第一电阻r1等于第二电阻r2，所述第三电阻r3的电阻值远远小于第一电阻r1等于第二电阻r2的电阻值。所述第三电容c3一端与所述电路接口a连接，另一端接地；所述第三电容c3能够防止在mos管q导通和关闭状态切换时，出现的电平过压、毛刺。且第三电容c3的电容值不宜过大，且不可或缺。
44.优选的，本实施例所采用的脉冲发生装置是555定时器，此发生装置简单易得，且操作方便。本实施例的pwm发生电路还包括第四电阻r4、第五电阻r5、第二电容c2和第一电容c1；所述第四电阻r4一端连接555定时器的rst接口，另一端连接555定时器的dis接口；所述第四电阻r4与所述第一电源vcc1连接；所述第五电阻r5一端连接于所述第四电阻r4与dis接口的连接处，另一端于所述第一电容c1连接；所述第一电容c1的另一端接地；所述555定时器的thr接口连接于所述第五电阻r5与第一电容c1的连接处；所述555定时器的tri接口连接于所述第五电阻r5与555定时器的thr接口连接处；所述555定时器的con接口与所述第二电容c2连接；所述第二电容c2的另一端接地。具体的，所述第二电容c2能够去除高频信号的干扰，起到滤波的作用，其容值为10nf。
45.具体的，555定时器能够根据第四电阻r4、第五电阻r5和第一电容c1的取值不同，而自由选择产生的脉冲方波信号的频率和占空比。其中，mos管q的开启阈值电压为v
gs
，555定时器的输出端out经所述第六电阻r6和第七电阻r7分压后，依旧是脉冲方波信号，且频率和占空比均不发生改变，与输出端out输出时相同，此时第二电平信号电压值为[(vcc*r7)/(r7 r6)]，通过调整第六电阻r6和第七电阻r7的电阻值，使得第二电平信号大于等于mos管q的开启阈值电压为v
gs
。
[0046]
在本发明的一个实施例中，所述第一信号发送装置为第一光纤发送装置kp1，所述第二信号发送装置为第二光纤发送装置kp2；所述第一光纤发送装置kp1和第二发送装置kp2均采用安华高hfbr1521。当555定时器产生的方波信号由第一电平信号变为第二电平信号后，mos管q导通。此时a点的电压由vcc急剧下降变为接近0v，此时，kp1两端产生压差，内部产生电流，kp1发出光信号，此时kp2两端无压差，kp2不发出光信号；当555定时器产生的方波信号由第二电平信号变为第一电平信号后，mos管q断开，此时a点电压由接近0v迅速上升为第一电源vcc，当a点电压为接近vcc时，kp2两端产生压差，内部有电流，kp2发出光信号，此时kp1两端无压差，kp1不发出光信号。伴随555定时器的方波信号持续输出，555定时器的输出信号不断由第一电平信号变为第二电平信号，再由第二电平信号变为第一电平信号，由此mos管q交替导通和关闭，kp1和kp2交替发出光信号，且kp1和kp2不可能同时出现光信号，因此本实施例的输出信号没有死区时间。
[0047]
在本发明的另一个实施例中，所述第一信号发送装置为第一无源光耦u1，所述第二信号发送装置为第二无源光耦u2。所述第一无源光耦u1和第二无源光耦u2均采用
tlp627。
[0048]
所述第一无源光耦u1的第一副边二次侧一端接地，另一端与第八电阻r8连接；所述第八电阻r8的另一端与第二电源vcc2连接，所述第二电源vcc2的另一端接地；所述第二无源光耦u2的第二副边二次侧一端接地，另一端与第九电阻r9连接，所述第九电阻r9的另一端与第二电源vcc2连接。
[0049]
当555定时器产生的方波信号变为第二电平信号后，mos管q导通。此时a点的电压由vcc急剧下降变为接近0v，当a点电压为0v时，u1原边一次侧产生压差，内部有电流，u1副边二次侧导通，b点对gnd2的电压为0，此时u2原边一次侧无电压，u2副边二次侧不导通，c点对gnd2的电压为vcc2.
[0050]
当555定时器产生的方波信号由第二电平信号变为第一电平信号后，mos管q断开，此时a点电压由0v迅速上升为接近vcc，当a点电压为vcc时，u2原边一次侧产生压差，内部有电流，u2副边二次侧导通，c点对gnd2的电压为0,此时u1原边一次侧无压差，u1副边二次侧不导通，b点对gnd2的电压为vcc2。
[0051]
伴随555定时器的方波信号持续输出，555定时器的输出信号不断由第一电平信号变为第二电平信号，再由第二电平信号变为第一电平信号，由此mos管q交替导通和关闭，导致u1和u2原边一次侧交替产生压差，副边二次侧交替导通，且u1和u2的副边二次侧不能同时导通。点b对地gnd2出现pwm方波电压信号与点c对地gnd2出现的pwm方波电压信号完全互补，因此本实施例的输出信号同样不存在死区时间。
[0052]
在本发明的一个的仿真实验中，如附图3和附图4所示，采用两个led灯代替第一信号发送模块和第二信号发送模块中的光纤发送模块或者无源光耦，当led灯亮时，代表光纤发送模块发出信号和无源光耦副边二次侧导通；当led灯灭时，代表光纤发送模块熄灭和无源光耦副边二次侧不导通。555定时器out引脚输出的周期的计算公式为:t＝0.693*(r4 2*r5)*c1；频率为：f＝1/t；占空比：d＝(r5/(r4 2*r5))，在试验中，由于电路的连续状态，led灯的亮灭切换是同时进行的，表明本试验发送模块产生的信号是互补的，没有死区时间的存在。
[0053]
在本发明的第三个实施例中，所述受控切换模块采用的是逻辑器件u3，所述逻辑器件选择一个反相器，如附图6所示，其中输出高低电平的阈值电压v1。555定时器输出out经过电阻r6，电阻r7分压后，其频率、占空比与out输出时相同，高电平为[(vcc*r7)/(r7 r6)]。通过调整r7、r6的阻值，使[(vcc*r7)/(r7 r6)]大于等于v1，这样555定时器产生方波信号且信号由第一电平信号变为第二电平信号后，点a的电压由vcc下降为接近0v，待a点为0v时，kp1两端产生压差，内部有电流，kp1发出光信号。此时kp2两端无压差，内部无电流，kp2不发出光信号。
[0054]
555定时器产生方波信号且信号由第二电平信号变为第一电平信号后，点a的电压由0v上升为接近vcc。待a点电压等于vcc时，kp2两端产生压差，内部有电流，kp2发出光信号。此时kp1两端无压差，内部无电流，kp1不发出光信号。
[0055]
所以，伴随着555定时器的方波信号持续输出。即555定时器的方波信号，不断由第二电平信号变为第一电平信号，再由第一电平信号变为第二电平信号。u3输出状态不停改变，第一电平信号和第二电平信号交替出现。最终导致kp1和kp2交替发出光信号。且kp1和kp2不可能同时有光信号。
[0056]
本发明还公开了的一种简易脉冲互补pwm发生方法，包括如下步骤，如附图5所示：
[0057]
s101：将电源接入所述脉冲发生装置输入端vcc，所述脉冲发生装置交替输出第一电平信号和第二电平信号；
[0058]
s102：所述脉冲发生装置输出的脉冲方波信号由第一电平信号电平变为第二电平信号时，所述受控切换装置导通，电路接口a点电压等于第一电压值；
[0059]
s103：启动第一信号发送模块，输出第一测试信号；
[0060]
s104：当所述脉冲发生装置输出的脉冲方波信号由第二电平信号电平变为第一电平信号时，所述受控切换装置不导通，电路接口a点电压等于第二电压值；
[0061]
s105：启动第二信号发送模块，输出第二测试信号；
[0062]
a106：循环所述步骤102～105，交替输出第一测试信号和第二测试信号；所述第一测试信号和第二测试信号互补。
[0063]
本实施例产生的第一测试信号和第二测试信号输入待测试功率模块中，对待测试功率模块进行测试。
[0064]
具体的，在本实施例中，由555定时器交替输出第一电平信号和第二电平信号，所述脉冲发生装置输出的脉冲方波信号由第一电平信号电平变为第二电平信号时，所述受控切换装置导通，电路接口a点电压等于第一电压值，本实施例中的第一电压值为接近0v；此时启动第一信号发送模块，输出第一测试信号；当所述脉冲发生装置输出的脉冲方波信号由第二电平信号电平变为第一电平信号时，所述受控切换装置不导通，电路接口a点电压等于第二电压值，本实施例中的第二电压值为接近第一电源vcc1电压值；此时启动第二信号发送模块，输出第二测试信号；重复以上步骤，即能够交替输出第一测试信号和第二测试信号，所述第一测试信号和第二测试信号互补。所属第一测试信号和第二测试信号输入到待测试功率模块中即能够对待测功率模块进行测试。
[0065]
本实施例以逆变桥的某项上下桥臂脉冲测试为例，在工作中，为避免igbt桥臂直通发生过热，损耗igbt甚至导致逆变器损坏，一般都会在igbt加入死区时间，由于逆变器输出电压与输出电流会随着死区时间的加入而失真，如果igbt死区时间过大，则对于感应电机的情况，系统会变的不稳定，且可能会引起一系列崩溃的严重后果。
[0066]
所述第一测试信号和第二测试信号输入到igbt驱动板上，对其进行测试。由于本发明输出的第一测试信号与第二测试信号之间完全互补，不存在死区时间，因此对待测试功率模块的死区时间测试无干扰，测试结果准确。
[0067]
本发明的有益效果如下：
[0068]
1、本发明的pwm发生电路流经第一信号发送模块和第二信号发送模块的电流可以根据具体的第一信号发送装置和第二信号发送装置型号改变而改变。改变电阻r1和电阻r2的阻值就可以调整电流。因此，本发明通过改变主电路中的输出器件，即由光纤输出模块变为无源光耦，就可以由光脉冲输出转换为电脉冲输出，大大的拓展了该发明的应用场景。不仅具有很高的工程应用价值，而且有很广阔的市场应用前景。
[0069]
2、通过调整电阻r4，电阻r5，第一电容c1的参数就可以配置整个互补输出pwm信号的频率及占空比，操作者不需要复杂的操作即可完成。成本低廉，操作简单方便。
[0070]
3、使用电阻r6和电阻r7进行分压操作。能够根据所选的受控切换模块，修改r6和r7的阻值，让经过分压后的方波信号可以在其高电平期间导通受控切换模块，低电平期间，
关闭受控切换模块。这样分压操作，受控切换模块的选择替换灵活。
[0071]
4、本发明的输出信号完全互补，不存在死区时间，因此能够准确的对待测试功率模块的死区时间进行测试。
[0072]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。