【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0 式中， 為三角載波周期中心的時(shí)間值。 由于 ， ， M均為已知量，因此，規(guī)則采樣法 SPWM 脈寬 的計(jì)算較為簡(jiǎn)便，適合基于微處理器的數(shù)字 SPWM 控制。 (3)不對(duì)稱規(guī)則采樣法是既在三角波的頂點(diǎn)位置，又在底點(diǎn)位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣，由采樣值形成階梯波，階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬在一個(gè)三角波的周期內(nèi)的位置不對(duì)稱的采樣方法，其原理如圖 。 圖 不對(duì)稱規(guī)則采樣法 由圖 28得： ? ?1s in12 tMTt sof f ??? ? ?1s in12 tMTt son ??? ? ?2s in12 tMTt son ???? ? ?2s in12 tMTstof f ???? (式 ） 脈沖寬度為： ?????? ?????? )s i n(s i n212 21 ttMTttt tononpw ?? (式 ） 其中， 2/ts TT ? （ sT 是采樣周期， tT 是三角波周期） 如圖 ，有 ,...)6,4,2,0(,21 ?? kkTt t ,...)7,5,3,1(,22 ?? kkTt t (式 ） 即 k=0， 1， 2， 3， ?。 k為偶數(shù)時(shí)是頂點(diǎn)采樣； k為奇數(shù)時(shí)是底點(diǎn)采樣。 由三角波頻率 f1與正弦波頻率 f之比為載波比 N，則有 ：fTffN t11 ?? （式 ） 11 將 (式 ）代入 (式 ）得 NkkTfftt t ???? ??? 222 11 ? ?22,4,2,0 ?? Nk ? NkkTfftt t ???? ??? 222 22 ? ?12,5,3,1 ?? Nk ? (式 ） 將 (式 211）代入 (式 28）得 ?????? ?? NkMTt ton ?s in12 ? ?22,4,2,0 ?? Nk ? ?????? ??? NkMTt ton ?s in12 ? ?12,5,3,1 ?? Nk ? (式 ） 由于載波頻率 tf 是恒定的，通過改變 N的值就可以改變輸出 SPWM波的頻率。不對(duì)稱規(guī)則采樣法的數(shù)學(xué)模型盡管略微復(fù)雜一些，但由于其階梯波更接近于正弦波，所以諧波分量的幅值更小，在實(shí)際中得到更多的使用。 以上是單相 SPWM 波生成的數(shù)學(xué)模型，生成三相 SPWM 波，就必須使用三條 正弦波和同一條三角波求交點(diǎn)。三條正弦波相位差 ?120 ，即 ： ??????? NkuC ?sin ?????? ?? 32sin ??Nku B ?????? ?? 34sin ??Nku A (式 ） 采用不對(duì)稱規(guī)則采樣法，則頂點(diǎn)采樣時(shí)有： ?????? ???????? NkMTt tCon ?s in12 ?????? ?????? ??? 32s in12 ??NkMTt tBon ? ?22,4,2,0 ?? Nk ? ?????? ?????? ??? 34s i n12 ??NkMTt tAon ? ?22,4,2,0 ?? Nk ? (式 ） 不對(duì)稱規(guī)則采樣法由于在一個(gè)載波周期里采樣兩次正弦波數(shù)值，該采樣值能更加真實(shí)的反映實(shí)際的正弦波數(shù)值，其輸出電壓也高于對(duì)稱規(guī)則采樣法。當(dāng)然由于采樣次數(shù)增大了一倍，使得數(shù)據(jù)處理量也大為增加，特別是當(dāng)載波頻率較高時(shí)，需要微處理器的運(yùn)算速度非常的快。而 DSP以其時(shí)鐘頻率可達(dá)到 40MHz的優(yōu)勢(shì)，無疑解決了這個(gè)問題。 綜上所述，本系統(tǒng)采用不對(duì)稱規(guī)則采樣法來生成 SPWM。 12 SPWM 控制方式分析 以單相全橋逆變電路（圖 ）為例，對(duì) SPWM 控制方式進(jìn)行分析研究。 圖 是采用 IGBT 作為開關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路。設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí) 和 的通斷狀態(tài)互補(bǔ)， 和 的通斷狀態(tài)也互補(bǔ)。具體的控制規(guī)律如下：在輸出電壓 Uo 的正半周，讓 保持通態(tài)， 保持?jǐn)鄳B(tài)， 和 交替通斷。由于負(fù)載電流比電壓滯后，因此在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)。在負(fù)載電流為正的區(qū)間， 和 導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓 Uo 等于直流電壓 Ud； 關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過 和 續(xù)流， Uo=0。在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為 和 導(dǎo)通時(shí)，因 i0為負(fù)，故 i0實(shí)際上從 和 流過，仍有 Uo=Ud； 關(guān)斷， 開通后， i0從 和 續(xù)流， Uo=0。這樣， Uo 總可以得到 Ud 和零兩種電平。同樣，在 Uo 的負(fù)半周，讓 保持通態(tài)， 保持?jǐn)鄳B(tài)， 和 交替通斷，負(fù)載電壓 Uo可以得到 Ud和 0兩種電平。 單極性 SPWM 控制方式 所謂單極性 SPWM 控制是指逆變器的輸出脈沖具有單極性特征。即當(dāng)輸出正半周時(shí)，輸出脈沖全為正極性脈沖；而當(dāng)輸出負(fù)半周時(shí)，輸出脈沖全為負(fù)極性脈沖。因此，必須采用使三角載波極性與正弦調(diào)制波極性相同的所謂單極性三角載波調(diào)制。 單極性 SPWM 控制方式指在 ur和 的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷。單極性SPWM 控制方式波形如圖 。 單極性 SPWM 控制由于采用了單極性三角載波調(diào)制，從而使控制信號(hào)的發(fā)生變得較為復(fù)雜，因而很少采用。 雙極性 SPWM 控制方式 所謂雙極性 SPWM 控制是指逆變器的輸出脈沖具有雙極性的特征。即無論輸出正、負(fù)半周，輸出脈沖全為正、負(fù)極性跳變的雙極性脈沖。當(dāng)采用基于三角載波調(diào)制的雙極性 SPWM 控制時(shí)，只需要采用正、負(fù)對(duì)稱的雙極性三角載波即可。 當(dāng)正弦調(diào)制波信號(hào)瞬時(shí)值大于三角載波信號(hào)瞬時(shí)值時(shí)，比較器的輸出極性為正， 、 導(dǎo)通有效，而 、 關(guān)斷有效，即 、 導(dǎo)通或 、 續(xù)流導(dǎo)通；同時(shí)， ( )、 ( )關(guān)斷，此時(shí)，逆變器輸出為正極性的 SPWM電壓脈沖。同理，當(dāng)正弦調(diào)制波信號(hào)瞬時(shí)值小于三角載波信號(hào)瞬時(shí)值時(shí)，比較器13 的輸出極性為負(fù) ， 、 導(dǎo)通有效，而 、 關(guān)斷有效，即 、 導(dǎo)通或 、 續(xù)流導(dǎo)通；同時(shí)， ( )、 ( )關(guān)斷，此時(shí)，逆變器輸出為負(fù)極性的 SPWM 電壓脈沖。雙極性 SPWM 控制的調(diào)制及逆變器的輸出波形如圖 所示。 圖 單極性 SPWM控制方式波形 圖 SPWM控制方式波形 單極性和雙極性調(diào)制比較 單極性調(diào)制 SPWM與雙極性調(diào)制 SPWM相比，載波為全三角波的單極性調(diào)制 SPWM14 波形的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)頻率是載波頻率的兩倍似極性則相等，即有倍頻的作用，易于濾波，并且每次開關(guān)管開通或關(guān)斷時(shí)，電壓跳動(dòng)幅度減小為雙極性調(diào)制 SPWM的一半。另外，對(duì)于 m=2的情況，對(duì)同樣的調(diào)制深度 M，單極性調(diào)制 SPWM波的諧波幅值明顯比雙極性調(diào)制 SPWM波幅值小。因此，單極性調(diào)制 SPWM波能更好的消除諧波。綜上所述，本系統(tǒng)采用的是以不對(duì)稱規(guī)則采樣法為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的單極性 SPWM控制。 DSP 實(shí)現(xiàn) SPWM波 DSP 的事件（ EV）管理器模塊介紹 傳統(tǒng)的產(chǎn)生 SPWM波形的方法能夠用于逆變器中實(shí)現(xiàn)幅度和頻率可調(diào)的正弦波電壓。當(dāng)負(fù)載為線性時(shí)效果還好。但是當(dāng)該逆變器帶非線性負(fù)載時(shí)，電壓將發(fā)生畸變，諧波增加，嚴(yán)重影響負(fù)載的正常工作。 DSP是一款高性能的數(shù)字處理芯片，它不僅運(yùn)算速度快，還有專門用于實(shí)現(xiàn) PWM的片內(nèi)外設(shè)。通過應(yīng)用 DSP我們可以方便的實(shí)現(xiàn)頻率很高的 SPWM控制信號(hào)，從而減小濾 波器的尺寸。 TMS320LF2407A包括兩個(gè)事件管理模塊 EVA和 EVB，每個(gè)事件管理器模塊包括通用定時(shí)（ GP） 、比較單元、捕獲單元以及正交編碼脈沖電路。 EVA和 EVB的定時(shí)器、比較單元以及捕獲單元的功能都相同，只是定時(shí)器和單元的名稱不同。事件管理模塊 EVA和 EVB有相同的外設(shè)寄存器，不同的程序起止地址。如表 ，為事件管理模塊 EVA/EVB及其信號(hào)名稱。 EV模塊是形成 SPWM波形的關(guān)鍵，本文采用的是 EVB產(chǎn)生 SPWM波形信號(hào)。針對(duì)本系統(tǒng)，就 EV中幾個(gè)重要組成部分進(jìn)行說明。定時(shí)器是事件管理器的核心模塊。TMS320LF2407A的定時(shí)器有如下功能 ： 作為常規(guī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器使用；用于在 TXPWM引腳上輸出頻率和脈寬可調(diào)的 PWM波；與捕捉模塊結(jié)合測(cè)量 CAPx引腳上的脈寬；定時(shí)器 3與比較模塊配合產(chǎn)生死區(qū)可調(diào)的 6個(gè) PWM控制信號(hào) ： 啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換。它的工作方式有 4種 ： 停止 /保持模式、連續(xù)增計(jì)數(shù)模式、定向增 /減計(jì)數(shù)模式、連續(xù)增 /減計(jì)數(shù)模式。采用連續(xù)增 /減計(jì)數(shù)方式工作時(shí)，產(chǎn)生對(duì)稱的 SPWM波，其工作過程如下 ： 計(jì)數(shù)器的值由初值開始向上增計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)寄存器 T3PR值時(shí)，開始遞減計(jì)數(shù)，直至計(jì)數(shù)器的值為零時(shí) (進(jìn)入中斷服務(wù)程序 )又重新向上增計(jì)數(shù)，如此循環(huán)往復(fù)。在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的過程中，計(jì)數(shù)器的值都與比較寄存器 CMPRx(x=4， 5， 6)的值作比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與其相對(duì)應(yīng)的比較寄存器的值相等發(fā) 生匹配，則對(duì)應(yīng)的該相方波輸出發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)。在每個(gè)載波周期內(nèi)，輸出的方波將發(fā)生兩次電平翻轉(zhuǎn)。15 只要在每個(gè)三角波載波周期根據(jù)在線計(jì)算改寫比較寄存器 CMPRx的值，就可實(shí)時(shí)地改變脈沖的占空比，得到完整周期的 SPWM脈沖。對(duì)每個(gè)脈沖相對(duì)于載波周期的占空比的計(jì)算是在定時(shí)器 3的下溢中斷服務(wù)子程序中完成的 。 表 事件管理模塊 EVA/EVB及其信號(hào)名稱 事件管理模塊 EVA模塊 信號(hào) EVB模塊 信號(hào) GP定時(shí)器 Timer1 Timer2 PWM/ CMP PWM/ CMP Timer 3 Timer 4 T3PWM/T3CMP T4PWM/T4CMP 比較單元 Compare 1 Compare 2 Compare 3 PWM1/2 PWM3/4 PWM5/6 Compare 4 Compare 5 Compare 6 PWM7/8 PWM9/l0 PWM11/12 捕獲單元 Capture 1 Capture 2 Capture 3 CAP 1 CAP 2 CAP 3 Capture 4 Capture 5 Capture 6 CAP 4 CAP 5 CAP 6 正交編碼 脈沖電路 (Q EP) OEP 1 QEP 2 QEP 1 QEP 2 QEP 3 QEP 4 QEP 3 QEP 4 外部輸入 計(jì)數(shù)方向 外部時(shí)鐘 TDIRA TCLKINA 計(jì)數(shù)方向 外部時(shí)鐘 TDIRB. TCLKINB EV模塊是形成 SPWM波形的關(guān)鍵，本文采用的是 EVB產(chǎn)生 SPWM波形信號(hào)。針對(duì)本系統(tǒng)，就 EV中幾個(gè)重要組成部分進(jìn)行說明。定時(shí)器是事件管理器的核心模塊。TMS320LF2407A的定時(shí)器有如下功能 ： 作為常規(guī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器使用；用于在 TXPWM引腳上輸出頻率和脈寬可調(diào)的 PWM波；與捕捉模塊結(jié)合測(cè)量 CAPx引腳上的脈寬；定時(shí)器 3與比較模塊配合產(chǎn)生死區(qū)可調(diào)的 6個(gè) PWM控制信號(hào) ： 啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換。它的工作方式有 4種 ： 停止 /保持模式、連續(xù)增計(jì)數(shù)模式、定向增 /減計(jì)數(shù)模式、連續(xù)增 /減計(jì)數(shù)模式。采用連續(xù)增 /減計(jì)數(shù)方式工作時(shí)，產(chǎn)生對(duì)稱的 SPWM波，其工作過程如下 ： 計(jì)數(shù)器的值由初值開始向上增計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)寄存器 T3PR值時(shí)，開始遞減計(jì)數(shù)，直至計(jì)數(shù)器的值為零時(shí) (進(jìn)入中斷服務(wù)程序 )又重新向上增計(jì)數(shù)，如此循環(huán)往16 復(fù)。在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的過程中，計(jì)數(shù)器的值都與比較寄存器 CMPRx(x=4， 5， 6)的值作比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與其相對(duì)應(yīng)的比較寄存器的值相等發(fā) 生匹配，則對(duì)應(yīng)的該相方波輸出發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)。在每個(gè)載波周期內(nèi)，輸出的方波將發(fā)生兩次電平翻轉(zhuǎn)。只要在每個(gè)三角波載波周期根據(jù)在線計(jì)算改寫比較寄存器 CMPRx的值，就可實(shí)時(shí)地改變脈沖的占空比，得到完整周期的 SPWM脈沖。對(duì)每個(gè)脈沖相對(duì)于載波周期的占空比的計(jì)算是在定時(shí)器 3的下溢中斷服務(wù)子程序中完成的。 每個(gè)事件管理模塊有兩個(gè)通用可編程定時(shí)器（ GP）。定時(shí)器 x（ x=1， 2 對(duì) EVA；x=3， 4， 對(duì) EVB）包括：一個(gè) 16位的定時(shí)器增 /減的計(jì)算器 ，可讀寫；一個(gè) 16 位的定時(shí)器比較寄存器 ，可讀寫；一個(gè) 16 位的定時(shí)器周期寄存器 ，可讀寫；一個(gè) 16位的定時(shí)器控制寄存器 CONTX ，可讀寫；可選擇的內(nèi)部或外部輸入時(shí)鐘；用于內(nèi)部或外部時(shí)鐘輸入的可編程的預(yù)定標(biāo)器；控制和中段邏輯的用于 4 個(gè)可屏蔽的中斷 — 下溢、溢出、定時(shí)器比較和周期中斷可選擇方向的輸入引腳 XTDIR 。 通用定時(shí)器的輸入有：內(nèi)部 CPU 時(shí)鐘、外部時(shí)鐘 TCLKINA/B，最大頻率是 CPU時(shí)鐘的 1/方向輸入 TDIRA/B，控制通用定時(shí)器增 /減計(jì)數(shù)、