本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種0°～360°數(shù)字移相控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)PWM控制方式通過調(diào)整脈沖寬度來實現(xiàn)控制，開關(guān)方式為硬開關(guān)，由于開關(guān)器件及與之相連的器件存在不可避免的寄生參數(shù)，使得通過開關(guān)器件的電壓和電流不是純方波，因此功率管在開關(guān)過程中會產(chǎn)生開關(guān)器件的電壓電流波形交疊現(xiàn)象，從而產(chǎn)生開關(guān)損耗。而且隨著頻率的增加，開關(guān)損失在全部損失中所占比例也隨之成正比增加。移相式PWM控制方式通過移動滯后橋臂的移相角來實現(xiàn)有效輸出脈寬的變化，開關(guān)方式為軟開關(guān)，能較好地克服傳統(tǒng)PWM技術(shù)的缺點。它通過移相使全橋的四個開關(guān)輪流導(dǎo)通，在同一橋臂的兩個開關(guān)管輪流導(dǎo)通過程中，利用變壓器的漏感與開關(guān)管的輸出寄生電容組成諧振腔，使電容上的電壓以最快的速度放電，保證開關(guān)管處于零電壓開關(guān)狀態(tài)(ZVS)，從而避免了開關(guān)工作過程中電壓電流的重疊，實現(xiàn)超前臂的零電壓開關(guān)和滯后臂的零電流開關(guān)，減小功率損耗，減少了器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的電磁干擾，為變換器裝置提高開關(guān)頻率和效率降低尺寸及重量提供了良好的條件。

對于單個移相全橋來說，一般只需要移相0°～180°即可實現(xiàn)所需要的功能。但是對于存在多個全橋的電路，如果控制上需要每個全橋內(nèi)部都實現(xiàn)0°～180°的移相控制，同時在全橋之間還要設(shè)置一定的移相角度來實現(xiàn)錯位同步，那對于除了作為基準(zhǔn)的全橋之外的其他全橋，其內(nèi)部移相角無疑要大于180°。而目前的移相控制算法，由于產(chǎn)生機制的問題，大多數(shù)不能跨越180°這個界限，導(dǎo)致在需要大于180°移相的時候無能為力。甚至在某些場合，需要在移相的同時改變占空比，這會給目前大多數(shù)的移相算法帶來非常復(fù)雜的算法處理，甚至不能實現(xiàn)。

由于移相控制的軟開關(guān)特性，其開關(guān)損耗大大降低，所以通常為了減小裝置體積和重量，增加裝置緊湊型和功率密度，開關(guān)頻率會被提高，通常要達到幾十kHz到幾百kHz，這也就意味著其開關(guān)周期非常小，一般為幾十到幾百us級。而周期越短，實現(xiàn)小角度的精確微調(diào)越難，單位角度的移相時間要到ns級。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前多數(shù)移相控制算法只能實現(xiàn)0°～180°范圍內(nèi)的移相，且不能隨意調(diào)整占空比，或者很難實現(xiàn)占空比的調(diào)整的問題，本發(fā)明提出一種0°～360°數(shù)字移相控制方法及系統(tǒng)，其在容易出現(xiàn)問題的180°點和360°點能夠?qū)崿F(xiàn)非常平滑的切換，還可以非常方便的實現(xiàn)在任意角度移相的基礎(chǔ)上，任意變化占空比，且不影響死區(qū)的生成。

實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種0°～360°數(shù)字移相控制方法，包括：

生成一對互補的第一參考波和第二參考波，二者的占空比和頻率均相同；

選擇移相控制橋電路的其中一個橋臂作為超前橋臂，其余橋臂均作為滯后橋臂；

將超前橋臂上開關(guān)管的控制信號與第一參考波對齊，將第一參考波或者第二參考波作為滯后橋臂上的開關(guān)管的初始控制信號，并對滯后橋臂的初始控制信號進行移相，生成滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號，使得滯后橋臂相對于超前橋臂滯后設(shè)定的移相角度，移相角度的范圍為0°～360°，從而完成0°～360°數(shù)字移相控制。

優(yōu)選地，當(dāng)移相角度的范圍為0°～180°時，記移相角度為α，超前橋臂的控制信號不變，將第一參考波作為滯后橋臂上的開關(guān)管的初始控制信號，且將第一參考波向后移相α，生成滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號，當(dāng)采用FPGA實現(xiàn)時，分別將第一參考波的上升沿和下降沿向后延遲角度α，所對應(yīng)的移相時間為(α/360)*T，其中T為第一參考波的周期。

優(yōu)選地，當(dāng)移相角度的范圍為180°～360°時，記移相角度為β，超前橋臂的控制信號不變，將第二參考波作為滯后橋臂上的開關(guān)管的初始控制信號，且將第二參考波的向后移相β-180，生成滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號，當(dāng)采用FPGA實現(xiàn)時，分別將第二參考波的上升沿和下降沿向后延遲角度β-180，所對應(yīng)的移相時間為(β-180)/360*T，其中T為第二參考波的周期。

優(yōu)選地，所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制方法，還包括生成所需要的占空比，具體包括：

設(shè)定開關(guān)管控制信號的初始占空比為D，高電平時間為N；

判斷占空比的調(diào)整需求；

對超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號的波形的上升沿進行移相，使得新生成的控制信號的占空比為(N±t)/T，且(N±t)<T/2，其中t為改變占空比移相時間，T為參考波周期。

優(yōu)選地，所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制方法，當(dāng)判斷出需要減小占空比時，對已生成的超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號的波形的上升沿進行向后移相，使得新生成的控制信號的占空比為(N-t)/T，其中t為改變占空比移相時間，T為參考波周期；當(dāng)判斷出需要增大占空比時，對已生成的超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號的波形的上升沿進行向前移相，使得新生成的控制信號的占空比為(N+t)/T，其中t為改變占空比移相時間，T為參考波周期。

優(yōu)選地，所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制方法，還包括生成所需要的死區(qū)，具體包括：

將超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號的波形的上升沿后移t+t_dead，且(t+t_dead)＜T/2，其中t_dead為生成死區(qū)移相時間，T為參考波周期。

優(yōu)選地，所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制方法，其特征在于：還包括生成所需要的死區(qū)，具體包括：

優(yōu)選地，將超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號的波形的上升沿后移t_dead，t_dead＜T/2，其中t_dead為生成死區(qū)移相時間，T為參考波周期。

一種0°～360°數(shù)字移相控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

參考波生產(chǎn)模塊：用于生成一對互補的第一參考波和第二參考波，二者的占空比和頻率均相同；

超前橋臂和滯后橋臂設(shè)定模塊：用于選擇移相控制橋電路的其中一個橋臂作為超前橋臂，其余橋臂均作為滯后橋臂；

0°～360°數(shù)字移相控制控制模塊：將超前橋臂上開關(guān)管的控制信號與第一參考波對齊，將第一參考波或者第二參考波作為滯后橋臂上的開關(guān)管的控制信號，并對滯后橋臂的控制信號進行移相，生成滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號，使得滯后橋臂相對于超前橋臂滯后設(shè)定的移相角度，移相角度的范圍為0°～360°，從而完成0°～360°數(shù)字移相控制。

優(yōu)選地，所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制系統(tǒng)，還包括占空比生成模塊，所述占空比生成模塊具體包括：

設(shè)定開關(guān)管控制信號的初始占空比為D，高電平時間為N；

判斷占空比的調(diào)整需求；

對超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波的上升沿進行移相，使得新生成的控制信號的占空比為(N±t)/T，且(N±t)<T/2，其中t為改變占空比移相時間，T為參考波周期。

優(yōu)選地，所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制系統(tǒng)，還包括死區(qū)生產(chǎn)模塊，所述死區(qū)生產(chǎn)模塊具體包括：

將權(quán)利要求8中已生成的超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波形的上升沿后移t_dead，t_dead＜T/2，其中t_dead為生成死區(qū)移相時間，T為參考波周期；

或者將權(quán)利要求9中新生成的超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波形的上升沿后移t+t_dead，且(t+t_dead)＜T/2，其中t_dead為生成死區(qū)移相時間，T為參考波周期。

本發(fā)明的有益效果：

(1)能夠?qū)崿F(xiàn)0°～360°的全范圍移相，且調(diào)整過程平滑，調(diào)整精度高；

(2)能夠在移相的基礎(chǔ)上實時調(diào)整占空比，且不影響死區(qū)的生成；

(3)調(diào)節(jié)精度非常高，能夠達到2個系統(tǒng)晶振周期。

附圖說明

圖1為典型的移相控制全橋電路；

圖2為0°～360°移相控制的實現(xiàn)算法示意圖；

圖3為同時進行移相控制與占空比調(diào)節(jié)算法示意圖；

圖4為同時進行移相控制、占空比調(diào)節(jié)與死區(qū)生成算法示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細的描述。

實施例一

一種0°～360°數(shù)字移相控制方法，包括：

生成一對互補的第一參考波和第二參考波，二者的占空比和頻率均相同；

選擇移相控制橋電路的其中一個橋臂作為超前橋臂，其余橋臂均作為滯后橋臂；

將超前橋臂上開關(guān)管的控制信號與第一參考波對齊，將第一參考波或者第二參考波作為滯后橋臂上的開關(guān)管的初始控制信號，并對滯后橋臂的初始控制信號進行移相，生成滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號，使得滯后橋臂相對于超前橋臂滯后設(shè)定的移相角度，移相角度的范圍為0°～360°，從而完成0°～360°數(shù)字移相控制。

上述方案中，使用一對互補的，占空比(優(yōu)選為50％)相同的方波作為參考波形，在不同的工況下，根據(jù)實際需要選取其中一個作為參考進行移相。利用沿(包括上升沿和下降沿)進行數(shù)字式移相控制，精度可達2個系統(tǒng)晶振周期。

所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制方法，當(dāng)前述的移相角度的范圍為0°～180°時，記移相角度為α，保持超前橋臂的控制信號不變，將第一參考波作為滯后橋臂上的開關(guān)管的初始控制信號，且將第一參考波向后移相α，生成滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號，當(dāng)采用FPGA實現(xiàn)時，分別將第一參考波的上升沿和下降沿向后延遲角度α，所對應(yīng)的移相時間為(α/360)*T，其中T為第一參考波的周期；

當(dāng)前述的移相角度的范圍為180°～360°時，記移相角度為β，保持超前橋臂的控制信號不變，將第二參考波作為滯后橋臂上的開關(guān)管的初始控制信號，且將第二參考波的向后移相β-180，生成滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號，當(dāng)采用FPGA實現(xiàn)時，分別將第二參考波的上升沿和下降沿向后延遲角度β-180，所對應(yīng)的移相時間為(β-180)/360*T，其中T為第二參考波的周期。

上述方案中，在0°～180°移相時，以第一參考波為基礎(chǔ)進行移相，在180°～360°移相時，以第二參考波為基礎(chǔ)進行移相，當(dāng)移相角度為(180-)°時(即靠近180°，但是小于180°)，使用第一參考波移相(180-)°，與第二參考波非常接近，此時切換到第二參考波的過程非常平滑，不會造成波形的任何抖動和斷續(xù)。

實施例二

本實施例與實施例一的區(qū)別在于：所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制方法，還包括生成所需要的占空比，具體包括：

設(shè)定開關(guān)管控制信號的初始占空比為D，高電平時間為N

判斷占空比的調(diào)整需求；

對超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波的上升沿進行移相，使得新生成的控制信號的占空比為(N±t)/T，且(N±t)<T/2，其中t為改變占空比移相時間，T為參考波周期。

具體地：(1)當(dāng)判斷出需要減小占空比時，對已生成的超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波的上升沿進行向后移相，使得新生成的控制信號的占空比為(N-t)/T，其中t為改變占空比移相時間，T為參考波周期；(2)當(dāng)判斷出需要增大占空比時，對已生成的超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波形的上升沿進行向前移相，使得新生成的控制信號的占空比為(N+t)/T，其中t為改變占空比移相時間，T為參考波周期。

其余部分均與實施例一相同。

本實施例的方案中，以實施例一中的參考波為基礎(chǔ)，通過延遲上升沿可產(chǎn)生范圍為0～50％的占空比。

實施例三

本實施例與實施例一的區(qū)別在于，所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制方法，還包括生成所需要的死區(qū)，具體包括：

當(dāng)只需要生成死區(qū)時，將超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波形的上升沿后移t_dead，t_dead＜T/2，其中t_dead為生成死區(qū)移相時間，T為參考波周期。

實施例四

本實施例與實施例二的區(qū)別在于：所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制方法，還包括生成所需要的死區(qū)，具體包括：

當(dāng)同時需要改變占空比和生成死區(qū)時，超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波形的上升沿后移t+t_dead，且(t+t_dead)＜T/2，其中t_dead為生成死區(qū)移相時間，T為參考波周期。

本實施例中，死區(qū)的生成算法，是在占空比生成算法的基礎(chǔ)上，疊加延遲上升沿相應(yīng)的時間獲得。

實施例五

一種0°～360°數(shù)字移相控制系統(tǒng)，包括：

參考波生產(chǎn)模塊：用于生成一對互補的第一參考波和第二參考波，二者的占空比和頻率均相同；

超前橋臂和滯后橋臂設(shè)定模塊：用于選擇移相控制橋電路的其中一個橋臂作為超前橋臂，其余橋臂均作為滯后橋臂；

0°～360°數(shù)字移相控制控制模塊：將超前橋臂上開關(guān)管的控制信號與第一參考波對齊，將第一參考波或者第二參考波作為滯后橋臂上的開關(guān)管的控制信號，并對滯后橋臂的控制信號進行移相，生成滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號，使得滯后橋臂相對于超前橋臂滯后設(shè)定的移相角度，移相角度的范圍為0°～360°，從而完成0°～360°數(shù)字移相控制。優(yōu)選地，當(dāng)移相角度的范圍為0°～180°時，記移相角度為α，超前橋臂的控制信號不變，由第一參考波控制滯后橋臂上的開關(guān)管，且將第一參考波向后移相α，生成滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號，當(dāng)采用FPGA實現(xiàn)時，分別將第一參考波的上升沿和下降沿向后延遲角度α，所對應(yīng)的移相時間為(α/360)*T，其中T為第一參考波的周期；當(dāng)移相角度的范圍為180°～360°時，記移相角度為β，超前橋臂的控制信號不變，由第二參考波控制滯后橋臂上的開關(guān)管，且將第二參考波的向后移相β-180，生成滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制信號，當(dāng)采用FPGA實現(xiàn)時，分別將第一參考波的上升沿和下降沿向后延遲角度β-180，所對應(yīng)的移相時間為(β-180)/360*T，其中T為第二參考波的周期。

實施例六

本實施例與實施例五的區(qū)別在于，所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制系統(tǒng)，還包括占空比生成模塊，所述占空比生成模塊具體包括：

設(shè)定開關(guān)管控制信號的初始占空比為D，高電平時間為N；

判斷占空比的調(diào)整需求；

對超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波的上升沿進行移相，使得新生成的控制信號的占空比為(N±t)/T，其中t為改變占空比移相時間，T為參考波周期。

優(yōu)選地，(1)當(dāng)判斷出需要減小占空比時，對前述已生成的超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波的上升沿進行向后移相，使得新生成的控制信號的占空比為(N-t)/T，其中t為改變占空比移相時間，T為參考波周期；(2)當(dāng)判斷出需要增大占空比時，對前述已生成的超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波形的上升沿進行向前移相，使得新生成的控制信號的占空比為(N+t)/T，其中t為改變占空比移相時間，T為參考波周期。

實施例七

本實施例與實施例五的區(qū)別在于，所述的一種0°～360°數(shù)字移相控制系統(tǒng)，還包括死區(qū)生產(chǎn)模塊，所述死區(qū)生產(chǎn)模塊具體包括：

將已生成的超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波形的上升沿后移t_dead，t_dead＜T/2，其中t_dead為生成死區(qū)移相時間，T為參考波周期

實施例八

本實施例與實施例六的區(qū)別在于，將新生成的超前橋臂和滯后橋臂上所有開關(guān)管的控制波形的上升沿后移t+t_dead，且(t+t_dead)＜T/2，其中t_dead為生成死區(qū)移相時間，T為參考波周期。

實施例九

下面結(jié)合圖1中的典型的移相控制全橋電路對本發(fā)明的移相方法進行詳細說明。

一種0°～360°數(shù)字移相控制方法可分為以下幾個步驟：

Step1：根據(jù)實際系統(tǒng)的工作頻率，生成頻率相同，占空比均為50％的一對互補的參考波1(第一參考波)和參考波2(第二參考波)，如圖2～圖4所示，參考波1和參考波2為一對互補的50％占空比的方波。

Step2：選擇其中一個橋臂作為超前橋臂，如圖1所示，選擇由MOS管S1和S2組成的橋臂作為超前橋臂，將超前橋臂的控制方波信號與參考波1對齊，因此認為超前橋臂的移相角為0°，其他橋臂都稱為滯后橋臂，即圖1中由MOS管S3和S4組成的橋臂，它們相對于超前橋臂都滯后一定的角度，這個角度范圍為0°～360°。

Step3：生成滯后橋臂的控制信號：此時保持超前橋臂的控制信號不變，以參考波1為基礎(chǔ)向后移相一定的角度。如圖2所示。當(dāng)移相角為α?xí)r，(α的區(qū)間為0°～180°)，以參考波1為基礎(chǔ)，向后移相角度α。當(dāng)用FPGA實現(xiàn)時，分別將參考波1的上升沿和下降沿向后延遲角度α，所對應(yīng)的時間(α/360)*T即可，其中T為第一參考波的周期。當(dāng)移相角為β時，(β的區(qū)間為180°～360°)，以參考波2為基礎(chǔ)，向后移相角度(β-180°)。當(dāng)用FPGA實現(xiàn)時，分別將參考波2的上升沿和下降沿向后延遲角度(β-180°)所對應(yīng)的時間(β-180)/360*T。如圖2所示，移相角指的是MOS管S1和S4之間，MOS管S2的控制信號的波形與S1的控制信號的波形互補，S3的控制信號的波形與S4的控制信號的波形互補。

Step4：生成所需要的占空比：當(dāng)不需要改變占空比時，本步驟可以略過。根據(jù)步驟Step3可獲得占空比為50％的移相方波，如果需要減小占空比，則需要在已生成的所有開關(guān)管的控制信號的基礎(chǔ)上，對其上升沿再進行一定的移相，新生成的控制波形的占空比為(0.5*T-t)/T，其中t為改變占空比移相時間，T為參考波周期。如圖3所示。

Step5：生成所需要的死區(qū)：與改變占空比的方法類似，在步驟Step4生成的所有開關(guān)管控制波形的基礎(chǔ)上，對其上升沿進行一定的移相，只是這個移相時間相比于參考波周期而言非常短。如果需要同時改變占空比和死區(qū)，這兩個步驟可以合二為一，需要在步驟step3的基礎(chǔ)上后移t+t_dead，且(t+t_dead)＜T/2，至此，所需移相角、占空比和死區(qū)的控制波形已經(jīng)生成。

圖1～圖4對應(yīng)的是都是一個H全橋，對于具有多個H全橋的移相控制全橋電路，選擇所有H橋的超前橋臂中移相角度最小的橋臂(不移相記為移相角度為0)，將其控制信號與第一參考波對齊，其他所有橋臂上的開關(guān)管的控制信號均通過上述Step1-Step5中的一個或者多個步驟來生成。

綜上所述：

本發(fā)明采用一對互補、且占空比相同的方波作為參考波，能夠產(chǎn)生多組、相互之間具有0°～360°任意移相角、且占空比任意可變(0～50％可變)的方波，不存在丟失脈沖的情況。且調(diào)節(jié)過程平滑過渡，調(diào)節(jié)精度非常高，可達2個系統(tǒng)晶振周期。本發(fā)明可應(yīng)用于任何需要進行0～360°全范圍移相控制，或者移相角任意可調(diào)和占空比任意可調(diào)的應(yīng)用場合。且本發(fā)明已經(jīng)在FPGA上得到實現(xiàn)和驗證。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。