本发明涉及恒频恒压输出的直流-交流变换器控制技术。 在恒频恒压输出的直流-交流变换器中，广泛采用正弦脉宽调制控制技术，以抑制变换器输出电压中低次谐波含量，减小滤波器尺寸，改善变换器动态响应性能，并实现变换器的小型化，轻量化和变换高效率。
如图1-（a）所示，U△是三角波载波信号，U△频率决定变换器中开关功率元件的工作频率。Ug是正弦波调制信号，Ug频率决定变换器输出交流电压的频率。控制变换器中开关功率元件在Ug与U△相交点改变工作状态，因而可得到图1-（b）所示变换器输出电压波形U0。由图可见，输出电压脉冲辐度恒定（等于变换器输入直流电压），而脉冲宽度τ随时间按正弦规律变化。该输出电压充分接近正弦波，便于通过交流滤波器滤波。改变正弦波调制信号Ug幅度Ugm，即可改变输出电压脉冲宽度τ，从而实现变换器输出交流电压值的调整。
已有技术（一）是利用模拟电路方法构成正弦脉宽调制控制电路。如图2所示，电路包括：石英晶体振荡器1，计数器2、3，正弦波调制信号发生器4，三角波载波信号发生器5，正弦波调制信号幅度控制器6和比较器7。电路结构复杂，稳定性较差，抗外部干扰能力弱。
已有技术（二）是利用数字电路方法构成正弦脉宽调制控制电路。如图3所示，电路包括：石英晶体振荡器1，计数器2、3，正弦波调制信号存储器（EPROM）8，三角波载波信号存储器（EPROM）9，数-模变换器10、11，正弦波调制信号幅度控制器6和比较器7。由于该电路以数字方式工作为主，运行稳定性较高，抗外部干扰能力较强。但电路结构更加复杂，适应性差。
根据前述的已有技术，其电路中均包含正弦波调制信号和三角波载波信号发生环节（已有技术（二）中尚包含二个数-模变换器单元）及正弦波调制信号幅度控制环节。上述三个环节是导致电路结构复杂和电路运行稳定性下降的主要原因。
本发明的任务是设计一种恒频恒压输出的直流-交流变换器用数字化正弦脉宽调制（SPWM）控制电路，该电路中不再包含正弦波调制信号和三角波载波信号发生环节及正弦波调制信号的幅度调节环节，从而提高电路的运行稳定性和抗外部干扰能力。
参照附图说明本发明方案及具体的实施方式：
图1是正弦脉宽调制控制原理解释图;
图2是正弦脉宽调制控制电路已有技术（一）方框图;
图3是正弦脉宽调制控制电路已有技术（二）方框图;
图4是本发明设计思路解释图;
图5是本发明的方框图;
图6是本发明的电气原理图;
图7是本发明在恒频恒压电源系统实施说明图。
本发明的设计思路是由于正弦波调制信号正负半周具有对称性质，负半周控制信号可以用正半周相同方法得到，因此正弦波调制信号Ug正负半周取相同信号，变成图4-（a）所示波形。为了实现变换器的恒频恒压输出，正弦波调制信号Ug的幅度Ugm须在一定范围内可调。假设Ugm所确定的调节范围为△Ugm，则对该范围内的每一Ug，经与三角波载波信号U△相交，可得到一组控制变换器中开关功率元件工作状态发生改变的点α1、α2、…αn。这些点可以在图4-（b）中直流反馈控制信号Urb等于调制比m（m定义为正弦波调制信号Ug与三角波载波信号U△的幅度之比）值上得到对应点。对于图4-（a）中△Ugm范围内各Ug与U△相交，求出图4-（b）中所有对应点。即得到一组代表正弦脉宽调制控制的曲线UA，如图4-（b）所示。这样，直流反馈控制信号Urb与曲线UA相交得到的变换器开关功率元件工作状态改变点即与m＝Urb条件下，Ug与U△相交所得到的点相同。如图4-（c）中U01所示。而图4-（b）中Urb在△m范围内变化所实现地功能也与图4-（a）中Ug在△Ugm范围变化所实现的功能一致。因此，根据本发明的设计思路，只要在电路上形成曲线UA，即可方便地实现正弦脉宽调制控制。
曲线UA经时间轴上多点等分后，在电路上由存储器（EPROM）储存，再经一定的辅助电路而得到拟合的曲线UA输出。拟合曲线UA在储存到存储器（EPROM）之前，须预先用计算的方法完成其求取工作，拟合曲线UA的计算方法如下：
参照附图4-（a），根据正弦脉宽调制规律，对Ug半周内（0～180°电角），在时间轴进行若干等分，等分点数与下述存储器（EPROM）地址数相同。对应各等分点，先求出三角波载波信号U△在对应点上的值。再根据正弦波调制信号Ug在该等分点的值与U△的值相等关系，可求出在该等分点上与U△相交的Ug的幅值。然后，由求得的Ug幅值与U△幅值相除，求出其比值。当该比值在预先确定的△m范围内时，该比值就是拟合曲线UA在该等分点的值，若该比值超出△m范围时，则作如下处理：当该比值大于m所预先确定的上限值时，拟合曲线UA在该等分点上置值1，而当该比值小于m所预先确定的下限值时，拟合曲线UA在该等分点上置值0。对时间轴上各等分点，均完成上述计算工作，即可得到拟合曲线UA的波形数据，其波形如图4-（b）中UA所示。将上述计算得到的时间轴数据和对应的拟合曲线UA数据经简单的二进制处理后，即可由存储器（EPROM）储存。
由上述计算方法得到的拟合曲线UA用于实现正弦脉宽调制控制，还具有以下优点：
（1）本身固有地实现变换器开关功率元件最大和最小工作脉冲宽度限制，防止开关功率元件的损坏。
（2）本身固有地实现变换器输出电压限幅。
（3）可方便地对拟合曲线UA进行人为的修正，从而对变换器开关功率元件开关延时带来的输出电压波形畸变实现补偿，提高输出电压的波形质量。
（4）由于控制信号在正负半周内均由同一个电路实现，因而不存在已有技术中因控制电路在正负半周内不对称工作所导致的变换器输出电压波形畸变。
上述计算工作可经编写专用软件借助数字计算机完成。
本发明结构方案的主要内容如图5所示，这种正弦脉宽调制（SPWM）控制电路包括：石英晶体振荡器1，二进制计数器2，存储器（EPROM）12，数-模变换器10和比较器7共五个部分组成。
如图6所示是本发明正弦脉宽调制（SPWM）控制电路电气原理图，由石英晶体振荡器1（Cry）构成时钟发生电路（包括反相器F1、F2）保证变换器输出电压频率的高稳定性。二进制计数器2（IC1）循环计数产生周期性地址直接对存储器（EPROM）12（IC2）进行寻访，存储器IC2被置于读出状态。经周期性寻访，存储器IC2送出的拟合曲线UA数据具有周期性质。该数据共8位被送至数-模变换器10（IC3）的数据输入端，经数-模变换（包括运放A1、A2）后，由A2输出端得到拟合曲线UA波形输出，UA波形信号被送至比较器7（A3）的第一（反相）输入端，同时，直流反馈控制信号Urb被送至比较器A3的第二（同相）输入端，比较器A3对接收到的二个信号进行比较，输出正弦脉宽调制控制信号U01。
图6所示的电气原理图中，计数器IC1还输出一个与变换器输出电压频率相同的方波信号U0S，U0S信号用于本发明实施时进行正负半周分相控制。
运放A1是用于将数-模变换器IC3输出的电路信号变换成电压信号。运放A2按图中设计，可实现正弦脉宽调制控制的灵敏度调节和平滑拟合曲线UA波形。后者可抑制拟合曲线uA的量化误差和存储器IC2个别数据写读错误引起的误差，以保证正弦脉宽调制控制的精度。
由上述可见，本发明正弦脉宽调制（SPWM）控制电路中不再含有已有技术中的正弦波调制信号和三角波载波信号发生环节及正弦波调制信号的幅度调节环节，且电路以数字方式工作为主，因此，电路结构最简，运行稳定性好，可靠性高，抗外部干扰能力强。
参照图7说明本发明在恒频恒压电源系统中的实施方式。恒频恒压电源系统的功率电路由交流-直流变换器13，直流滤波器14，恒频恒压输出直流-交流变换器15，交流滤波器16和输出隔离变压器17组成。利用本发明构成恒频恒压输出直流-交流变换器15的闭环控制系统时，须配置输出电压反馈信号整流电路18，误差信号放大电路19，逻辑综合和控制信号放大电路20三个基本环节。整流电路18把反馈信号转换成直流信号，该直流信号与给定信号Uref，比较得到误差信号Ue，Ue经误差信号放大电路19积分放大而得到直流反馈控制信号Urb，Urb被送至本发明的关键所在即正弦脉宽调制控制电路（SPWM）后，得到相应正弦脉宽调制控制信号输出U01和分相控制信号UOS，U01、U0S波形分别如图4-（c）、（d）所示，由U01、U0S信号经电路20逻辑综合和信号放大后控制直流-交流变换器工作，变换器输出幅度等于其入端直流电压，脉冲宽度随时间按正弦规律变化的电压U02，U02经简单的交流滤波器16滤波，并由输出隔离变压器17隔离变压后输出恒频恒压的正弦波交流电压U0，U02，U0波形如图4-（e）所示。
本发明适用于恒频恒压输出直流-交流变换器的正弦脉宽调制控制，在不改变电路结构的条件下，只要相应地计算出有关拟合曲线存储在存储器（EPROM）中，即可实现恒频恒压输出直流-交流变换器的其它脉宽调制控制，因此，适应能力强。本发明还可用于构成其它直流-交流变换器的脉宽调制控制。