[发明专利]基于直接数字式频率合成器的SPWM信号发生电路

说明书

技术领域

本发明涉及电子电路技术和脉冲调制信号技术领域，具体涉及一种基于直接数字式频率合成器的SPWM信号发生电路。

背景技术

正弦脉宽调制波（SPWM），就是在脉宽调制波（PWM）的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器、变频器、交流电源等领域，通常在这些产品中都是利用SPWM信号激励全桥变换电路，然后经过低通滤波后得到正弦波信号，并通过整机信号输出端输出。

然而，在很多正弦脉宽调制相关产品应用领域中，都对SPWM信号有着较高的技术要求。例如，在设备维修、仪表校准和科学研究等应用场合，往往需要使用较大功率交流电源，要求该电源输出信号的波形失真度低，输出信号频率的精确度高、稳定性好、可变范围大、分辨率小，输出信号的幅度可控。若该交流电源采用SPWM方式来实现，则要求SPWM信号还原的正弦信号具备波形失真度低，频率精确度高、稳定性好、可变范围大、分辨率小，信号幅度可控。其中的研发技术的难点之一，就是如何生成满足上述要求的SPWM信号。

在现有技术中，正弦脉宽调制波（SPWM）的生成方法，主要有硬件模拟电路与软件编程两种实现方式。硬件模拟电路生成方式较为传统，其模拟电路主要由分立器件分别产生三角波与正弦波，然后通过比较器合成得到SPWM波形，这样产生的SPWM信号的频率和幅度精度都比较高，但缺点是缺乏控制的灵活性，因受到所选用模拟器件的限制其频率可调范围非常小（通常频带宽度仅为几kHz），并且无法通过程序控制来调节SPWM信号的频率和幅度，因此不便于与程控系统相集成而组成闭环控制系统加以应用。随着微控制器的发展，DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）、FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）、SOC（System on a Chip，系统级芯片，也称为片上系统）等先进高速微处理器的出现，使得可以通过对微处理器进行软件编程，由微处理器实时计算直接输出SPWM波形，软件编程生成SPWM信号的方式可以节省大量的外部模拟电路，使电路系统得到简化，并且方便通过程序控制来对SPWM信号进行调节；但是由于微处理器计算能力有限，由其直接计算得到的SPWM波形往往有着载波比低，波形失真大，信号稳定性差，分辨率较大，系统资源占用率较高等缺点。

可以看到，由于现有技术中SPWM信号的生成采用纯模拟电路方案的不足和纯软件编程方案的缺点，其产生的SPWM信号都难以同时满足波形失真度低，信号频率和幅度的精确度高，并且信号频率的可调范围大、稳定度好、频率分辨率小等技术要求，成为了限制正弦脉宽调制相关产品技术性能发展的重要因素。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于直接数字式频率合成器的SPWM信号发生电路，其生成输出的SPWM信号能够满足波形失真度低，信号频率和幅度的精确度高，并且信号频率的可调范围大、稳定度好、频率分辨率小等技术要求，用以解决现有技术中SPWM信号生成方案对限制正弦脉宽调制相关产品技术性能发展造成限制的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于直接数字式频率合成器的SPWM信号发生电路，包括晶体振荡器、直接数字式频率合成器、低通滤波器、分频器、积分电路、脉宽调制器、同相门电路、反相门电路、第一上升沿延时电路、第二上升沿延时电路及四个与门电路；其中：

晶体振荡器输出CMOS电平的时钟信号至直接数字式频率合成器和分频器的时钟信号输入端；

直接数字式频率合成器的频率设置输入端连接至频率设置数字信号源，幅值设置输入端连接至幅值设置模拟信号源，直接数字式频率合成器的正弦信号输出端通过低通滤波器连接至脉宽调制器的调制信号输入端；

分频器的分频信号输出端连接至积分电路的信号输入端，积分电路的三角波信号输出端连接至脉宽调制器的载波信号输入端；

脉宽调制器的SPWM信号输出端分别连接至同相门电路和反相门电路的信号输入端；

同相门电路的同相信号输出端通过第一上升沿延时电路分别连接至第一与门电路的一个信号输入端和第二与门电路的一个信号输入端；反向门电路的反相信号输出端通过第二上升沿延时电路分别连接至第三与门电路的一个信号输入端和第四与门电路的一个信号输入端；第一上升沿延时电路和第二上升沿延时电路具有相同的传输延时；