梅建偉++田艷芳++雷均++劉杰++魏海波

摘要：在討論SPWM生成方法的基礎上，分析了調制法中規(guī)則采樣法和自然采樣法應用時碰到的幾個典型問題，并且給出了相應的結論，利用TMS320F2812作為控制核心，提供了采用規(guī)則采樣法時軟件C語言代碼，該教學內容的拓展豐富了SPWM的教學內容，促進了SPWM的工程應用。

關鍵詞：SPWM；載波比；自然采樣法；規(guī)則采樣法

【中圖分類號】TM464

基金項目：電動車用輪轂無刷電機驅動系統(tǒng)關鍵基礎問題研究 項目編號：ZDK2201401

隨著微處理器技術的發(fā)展，提出了多種SPWM技術，比較典型的有規(guī)則采樣數(shù)字化SPWM技術和能提高直流電壓利用率的優(yōu)化SPWM技術，但其基本的調制規(guī)則并沒有改變。這種調制規(guī)則是以正弦參考波為調制波，并以N倍調制波頻率的具有分段線性的三角波或者鋸齒波作為載波，將載波與調制波相交，就得到一組

幅值相等，而寬度正比于正弦調制波函數(shù)的脈沖序列，利用該脈沖序列，并通過相應的驅動邏輯單元控制功率開關器件的通斷，便可以實現(xiàn)SPWM控制。

一、SPWM形成方法

1、軟件計算法

根據(jù)調制度和正弦信號頻率的不同，根據(jù)載波比將正弦量周期分成N等份，先離線計算出各開關器件的通斷時刻，然后計算每一個時刻對應的正弦值，把當前計算結果存在EPROM中，運行時通過查表的方法計算開關器件的脈沖寬度，該方法所需要的內存容量往往較大。實時計算法是在運行時根據(jù)變量進行在線計算

所需的脈沖寬度和間隔，這種方法僅適用于計算量不大的場合，實際中通常將這兩種思路結合起來，將正弦表存在EPROM中，然后在主程序中通過查表的方法實時計算脈沖的寬度。

2、集成電路法

采用專門產生SPWM波形的芯片，可簡化控制電路和軟件設計，目前應用較多的SPWM芯片有8XC196MC、MA818、HEF4752、SLE4520。其中HEF4752有8段載波比，其載波比可分別設置為15、21、30、42、60、84、120、168，調制波的頻率范圍在 。

二、調制法原理分析

1、規(guī)則采樣法

1） N=6K（K=1、2、3、4、5· · · · · ·） 和N=3K（K=1、3、5、7、9· · · · · ·），以N=6和N=3為例進行分析。

（a） N=6 （a） N=3

圖1 N=3規(guī)則采樣法雙極性調制脈沖波形圖

2） 結果分析

采用規(guī)則采樣法時，在載波比為3的整數(shù)倍時，分別對N為偶數(shù)和奇數(shù)兩種情況下同一橋臂上下兩個開關管的控制脈沖進行分析，對比圖1（a）和圖1（b）的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當N=6時，同一橋臂上下開關器件的導通時間是相同的；當N=3時，同一橋臂上下開關器件的導通時間不同，上橋臂開關器件導通時間比上橋臂開關器件導通時間短。這樣當N為奇數(shù)的情況下，容易出現(xiàn)一個周期內正負半周伏秒數(shù)不平衡，造成最終輸出的波形正負半周不對稱。

2、自然采樣法

1） N=6K（K=1、2、3、4、5· · · · · ·） 和N=3K（K=1、3、5、7、9· · · · · ·），以N=6和N=3為例進行分析。

（a） N=6 （a） N=3

圖2自然采樣法雙極性調制脈沖波形圖

2） 結果分析

由圖2可知，采用自然采樣法時，當載波比均是3的倍數(shù)時，無論載波比為偶數(shù)還是奇數(shù)，上橋臂開關器件和下橋臂開關器件的導通時間相同（阻性負載），且同一橋臂上下開關器件在一個周期內的前后 周期是對稱的。

3、載波發(fā)生變化時波形圖分析

（a）載波起點不為0 （b）調制波右移

圖3載波異常雙極性調制脈沖波形圖

由上圖3（a）可知，當載波的起始點不為0時，采用規(guī)則采樣法或者自然采樣法時，在圖3（a）中的區(qū)間1中應該給上橋臂開關器件以開通信號，在區(qū)間2中給下橋臂開關器件以開通信號，按照圖3的調制方法無法得到開關器件的脈沖信號。

根據(jù)上圖的分析，要得到按照正弦規(guī)律變化的脈沖信號，載波和調制波在時間軸上的過零點必須相交。如果實際的載波信號為圖3（b）所示的波形，那么將調制波信號向右移 ，即采樣點均向右移 ，無論是規(guī)則采樣法還是自然采樣法均可以得到按照正弦規(guī)律進行變化的開關器件的控制信號。

三、SPWM工程實現(xiàn)方法

采用規(guī)則采樣法，以TMS320F2812作為控制核心，利用其事件管理器模塊（EV）實現(xiàn)SPWM的產生，程序實現(xiàn)時主要分成兩個部份，一部份是產生正弦表，并且計算全比較單元中比較寄存器的數(shù)值，另一部份是根據(jù)三相的相序和采樣時刻點在上溢中斷中更新比較寄存器的數(shù)值。

1、規(guī)則采樣法脈沖寬度和脈沖間隔的計算

以三角波兩個正峰值之間為一個采樣周期 ，使脈沖中點不和三角波

（負峰點）重合，使計算大為減化。如圖所示，通過三角波負峰點作一條垂直于時間軸的直線，該直線與調制波相交于D點，過D點作一條平行于時間軸的直線，該直線與三角波相交于A、B兩點，在 和 時刻控制開關器件的通斷，此時脈沖寬度和脈沖間隔計算如下：

圖4規(guī)則采樣法脈沖寬度計算

正弦調制信號波： ，由上圖4：

故： ，

2、正弦表的產生

float CMPR（Uint16 kkk）

{ float CMPR2=0；

q=（kkk+0.75）； q=q*2*PI； q/=SWPM1.NX； j=sin（q）；

CMPR2=SWPM1.PR/2 * （1+SWPM1.M * j）；

return CMPR2；}

3、上溢中斷中更新比較寄存器的值

if（k0<=SWPM1.NX）

{ h1=k0+SWPM1.NX_A； if（h1>=SWPM1.NX）h1=h1-SWPM1.NX；

h2=k0+SWPM1.NX_B； if（h2>=SWPM1.NX）h2=h2-SWPM1.NX；

EvaRegs.CMPR1=CMPR（k0）；EvaRegs.CMPR2=CMPR（h1）；

EvaRegs.CMPR3=CMPR（h2）；

k0=k0+1；}

else k0=0；

四 結論

完整闡述了SPWM的形成方法，且針對目前常用調制方法中自然采樣法和規(guī)則采樣法工程應用時的各種情況進行了討論，得出了在不同情況下載波比、載波和調制波的工程處理方法，最后本文給出了一個工程上典型的應用案例，該教學內容極大的開拓了學生的視野，為SPWM技術在變頻調速系統(tǒng)中的應用打下了堅實的基礎。

參考文獻

[1] 王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

作者簡介：梅建偉：男，1978.10，副教授，碩士研究生，主要從事電力電子變換技術以及電機控制技術方面的研究。