pwm波形發生器的原理與應用淺析pwm波形發生器應用

　　本文主要是關于pwm波形發生器的相關介紹，并著重對pwm波形發生器的原理及其應用進行了詳盡的描述。

　　為什么要使用PWM波

　　1:PWM就是PULSE WIDTH Modulation 脈寬調制 - 矩形脈沖波形，你可理解為占空比可調的方波。

　　2.DSP直接可以輸出PWM波，所以不需要額外的硬件連接。但是DSP輸出的驅動能力有限，驅動電機必須額外加放大驅動電路。

　　3.以DSP的EVA單元為例子，EVA的2個通用定時器可以產生2路獨立的PWM波，3個比較單元能夠產生6對帶死區的PWM波。（1）T1CNT為連續計數模式產生不對稱的PWM波，此時PWM的周期為（t1pr+1）/tclk，t1pr為周期寄存器值，TCLK為當前定時器每計數一次所需時間。（2）T1CNT為連續增減計數產生對稱的PWM波。周期為2T1PR/tclk.程序如下：void InitEV（void） {

　　EvaRegs.T1PR=5000;EvaRegs.T1CMPR=2500//沒用這種方式產生;EvaRegs.T1CNT=0//定時器1初值設0;EvaRegs.T1CON.ALL=0x144E//連續增模式，使能定時器1和設置T1P的周期；EvaRegs.CMPR1=500;//使用比較單元輸出PWM;EvaRegs.ACTR.all=0x0006//設置輸出管教地有效還是高有效；EvaRegs.DBTCON.all=0x0530//使能死區定時器，死區時間為5倍定時器時間;EvaRegs.COMCONA.all=0xa600//比較器控制A操作時能

　　pwm波形發生器的原理與應用

　　一般的采樣型SPwM法分自然采樣法和規則采樣法，自然采樣法是將基準正弦波與一個載波三角波相比較，由兩者的交點決定開關模式的方法。由于自然采樣法得到的數學模型需要解超越方程，因而并不適合微控制器進行實時控制，又因為實踐檢驗對稱波形比非對稱波形在三相電的相電流中引起的諧波失真小，所以我們使用對稱規則采樣法作為本系統的數學模型。

　　這里說明一下使用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407（以下簡稱2407）來產生PWM信號的原理：由于產生一個PWM信號需要有一個適合的定時器來重復產生個與PM周期相同的計數周期，并用一個比較寄存器來保持調制值，因此，比較寄存器的值應不斷與定吋寄存器的值相比較，這樣，當兩個值相匹配時，就會在響應的輸出上產生一個轉換（從低到高或從高到低），從而產生輸出脈沖，輸出的開啟（或關閉）時間與被調制的數值成正比，因此，改變調制藪值，相關引腳上輸出的脈沖信號的寬度也將隨之改變。

　　通過TMS320LF2407的事件管理器模塊可以產生一定占空比的PwM脈沖信號，而使用其中的通用定時器、全比較單元和單比較單元則均可發出PWM脈沖，由DSP的Pw口可輸出一系列等幅不等寬的PwM波形信號，這些信號再經過外圍系列調理電路的變換之后，便可以得到所需要的三相交流正弦波信號了。事實上，在硬件上，DSP有兩個設計一樣的事件管理模塊（ EVAZEVB），每一個事件管理模塊都有6個PWM輸出口，故可輸岀兩組三相SPWM波，一般均可滿足通常的設計。

　　一般交流電機和靜態逆變器通常采用這種波形;（b）為三次諧波（增強型波型），此種波型包括3分奇次諧波，輸出功率提高20%，三相諧波相互抵消，防止了電機發熱;（c）為帶死區的三次諧波（高效型波形），進一步優化三次諧波，在一個周期中，高壓側和低壓側的開關保持60°的間隙，不但節省了33%的開關損耗，而且可以使用更少、更便宜的功率器件或減少散熱片的體積，提高了功率開關的可靠性。

　　pwm發生器是實現脈沖序列的核心。脈沖調制信號是通過比較輸入參考波形和高頻載波得到的。sa866de采用異步不對稱規則采樣的調制方法，其工作原理如圖3所示。sa866de為用戶提供的參考波形以數字形式存在片內rom中。sa866de使用數字調制技術，避免了使用模擬器件時產生的漂移現象。三角波（載波）由一個上/下計數器合成，并通過數字比較器和調制波進行比較。調制波在每個載波波峰上升和下降沿都進行采樣，稱作“雙沿規則采樣”。調制波以數字形式存在片內rom中（1536個采樣點/360°）。開關頻率被rom內特定地址的比例控制，該比例值與sa866de的載波頻率無關，因此稱為“異步pwm方法”。pwm波形最終輸出三對互補信號分別驅動三相逆變橋的上、下開關管。每相輸出控制電路由脈沖取消電路、脈沖延遲電路和功率驅動電路組成。脈沖取消電路用來將脈沖寬度小于取消時間的脈沖去掉;脈沖延遲電路保證死區時間間隔，防止轉換瞬間上、下橋臂間開關器件產生直通現象，以使逆變器可靠換相;驅動電路用于pwm波形輸出功率放大，使之可直接驅動光電耦合器件，實現隔離。

　　速度及加速/減速控制邏輯

　　速度控制通過速度設置電位器由set-point端引入，經10位高速a/d轉換器轉換成相應的目標值。加速、減速控制主要通過一個16位幅值比較器和17位加/減計數器組成。加/減計數器的時鐘由加/減速振蕩器提供，加/減速速率可單獨設定，由osc/clk輸入狀態用3種方式控制。加/減速速率設置端raccel/rdecel分別外接電阻、電容確定加/減速振蕩器頻率。是否實行加/減速，還應由電壓監控端vmonitor和電流監控端imonitor的輸入信號值共同確定。

　　 pwm波形發生器的原理與應用淺析pwm波形發生器應用

　　v/f控制

　　為了適應各種場合，保證sa866de在任何頻率下都能對電壓幅度進行控制，有兩種v/f控制方式可以選擇。線形方式和二次型方式。為了減小銅耗，基電壓都設置成可調，然后電壓和頻率按線形關系和二次型關系上升到指定值。線形v/f操作使頻率在恒轉矩區上升到指定值。在恒轉矩區外振幅保持最大值，但隨著頻率的增大，轉矩不斷下降，而使功率保持不變，此時被稱為恒功率區。v/f特性曲線形狀由一個8位精度的可編程參數決定。

　　模式選擇

　　將serial腳置1或懸空不用，可以選擇模式n1~n3，這三種模式均為正常工作模式，所有參數均由外部eeprom讀入。將serial腳置0可以選擇模式s1~s2，這兩種模式均為串行工作模式，由微處理器/微控制器取代外部eeprom，串行加載初始化參數。

　　sa866de具有microwire三線串行接口，可與256或1024位的串聯總線型eeprom兼容。eeprom的存儲單元分為4頁，每頁為4個16位字，分別包含一套參數。頁面選擇通過sa866de給eeprom發送的首地址命令及所讀取的位數確定，這樣對于每種產品可以有四套參數供選擇，由page0、page1兩個邏輯管腳決定。

　　 pwm波形發生器的原理與應用淺析pwm波形發生器應用

　　如上圖所示，系統采用外接eeprom方式，所選eeprom為atmel公司生產的at93lc46，所有的可編程參數均存在eeprom中，page0、page1用來選擇存儲器93lc46的4個頁面數據。系統上電或復位后，通過串行口自動下載。sa866de工作于模式n3，racc、rdec引腳接高電平，serial端懸空。trip端接一發光二極管，用來顯示系統故障封鎖。

　　系統主電路輸入為引自電網的三相交流電，經整流、濾波后變為穩定的直流電提供給功率變換器件，經過功率變換器件變頻后形成三相交流電驅動交流電機。功率變換器件采用集成度高的智能功率模塊（ipm），它將功率變換、柵極驅動和保護電路集為一體，具有驅動欠電壓、開關過流、橋臂短路及過熱等系統保護功能。sa866de的settrip端與ipm的保護輸出端相連，一旦檢測到保護信號在快速向sa866de發出保護高電平，高速切斷電路，關斷pwm輸出。

　　控制電路是整個變頻調速系統的核心，整個控制電路只需采用一片三相pwm波形發生器芯片sa866de即可實現pwm信號輸出、系統保護等功能。12檔速度調節通過加/減速速率設置端raccel/rdecel及電壓監控端vmonitor和電流監控端imonitor很容易實現，電機的正反轉通過dir端控制，因此，系統電路結構簡單，控制調節方便，具有很高的智能性。