[发明专利]H桥相移PWM控制信号发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种本发明涉及PWM(Pulse Width Modulation脉冲宽度调制)技术领域，尤其涉及一种应用于超声波电机驱动控制系统的两相H桥相移PWM控制信号发生器。 

背景技术

超声波电机(USM)是一种新型的运动控制执行元件，具有不同于传统电磁电机的工作原理与结构。USM的特点使其在高端及普通运动控制领域都有着广泛的应用前景。 

驱动控制电路的性能好坏直接影响USM运动控制装置的整体控制性能。USM驱动控制电路有多种不同的结构形式；目前，推挽式电路应用较广。该类电路结构相对简单，构成的USM运动控制装置可以满足许多应用场合的需求。但该类控制电路也存在一些缺点，如变压器输出电压谐波含量高，电压幅值控制线性度不理想等，不利于USM运动控制装置性能的进一步提高。 

与推挽式电路相比，采用相移PWM控制方法的H桥电路在电路效率、输出电压谐波、电压幅值控制线性度等方面的性能都较好。 

图1为超声波电机H桥驱动控制电路的基本结构框图。图中虚线框内，功率MOSFET开关器件Q1-Q8构成两个H桥，分别为用来驱动超声波电机A相的A相H桥，和用来驱动超声波电机B相的B相H桥；Q1-Q8在相移PWM控制信号PWMA1-PWMD2的控制下，将直流电压转换为高频方波驱动电压，通过升压变压器、串联匹配电感分别驱动USM的A、B两相压电陶瓷片。 

对于H桥功率变换电路而言，常用的PWM控制方法是：上、下桥臂开关器件的PWM信号互补，位于对角线上的两个开关器件的PWM信号相同，通过调节PWM控制信号占空比来改变输出交流电压幅值。采用这种控制方式，H桥输出交流电压的实际波形和幅值不仅取决于PWM控制信号占空比，而且与续流过程相关，即与其负载性质（感性或容性）相关；这导致输出电压谐波含量高，占空比-幅值调节特性随负载性质变化而变化，带来额外的控制非线性。 

与上述方法不同，图1所示H桥电路也可以采用相移PWM控制方法：所有开关器件的PWM控制信号占空比固定为50%（不计死区），上、下桥臂开关器件的PWM信号互补。图2为相移PWM控制信号的示意图，图中信号标识与图1一致。调节H桥左、右桥臂开关器件PWM信号的相位差，即图2所示β角，可以改变输出电压脉冲的占空比，电压幅值亦随之改变。采用相移PWM控制方法，H桥输出电压波形仅由PWM控制信号决定，与负载性质及续流过程无关。 

两相H桥相移PWM控制信号发生器是图1所示电路的主要环节之一，其实现可以有多种不同的方式： 

1）采用内含PWM单元的电机控制专用DSP芯片，通过软件编程实现。但是，由于目前各个系列的电机控制专用DSP均是针对传统电机应用场合设计的，其内置PWM单元自动生成的PWM信号都不是相移PWM。要利用这些DSP实现相移PWM，在一个PWM周期内需要多次响应中断，占用大量计算时间，使DSP的计算能力无法更多地用于实现控制策略，限制了其控制功能的发挥。

2）采用相移PWM专用控制芯片，如UCC3895等。这类功能芯片并不多见，而且都是为电源应用而设计的，只能给出驱动一个H桥所需的4路相移PWM控制信号，无法给出图1电路需要的两相H桥协调控制的信号，多芯片同步调节亦难于实现；且这些芯片中相移PWM控制信号发生器通常与其它应用单元集成在一起，难于针对超声波电机这一特殊应用进行单独使用、调节。 

所以，当前缺少一种适用于超声波电机驱动的两相H桥相移PWM控制信号发生器。 

发明内容

本发明的目的是提供一种H桥相移PWM控制信号发生器，用以解决现有技术没有专用于两相超声波电机H桥驱动电路的相移PWM控制信号发生器的问题。 

为实现上述目的，本发明的方案是：一种H桥相移PWM控制信号发生器，其外部的H桥控制电路包括对称的A相H桥电路与B相H桥电路，所述信号发生器由CPLD实现，包括：分别对应两个H桥电路的四个N位加法器，每个N位加法器对应一个左桥臂或右桥臂，N位加法器的输出连接一个非门的输入端，非门的输入端和输出端分别发送对应左桥臂或右桥臂的上下开关管的相移控制信号，各N位加法器的输入端均连接同一个N位计数器的输出端，所述N位计数器的计数脉冲为输入时钟信号；所述各N位加法器均有各自的偏移量输入。