三种 SPWM 波形生成算法的分析与实现
Analysis And Realization Of Three Algorithms For SPWM Waves
摘要:变频技术作为现代电力电子的核心技术,集现代电子、信息和智能技术于一体。而 SPWM(正弦波
脉宽调制)波的产生和控制则是变频技术的核心之一。本文对 SPWM 波形生成的三种算法--对称规则采样
法 、 不 对 称 规 则 采 样 法 和 等 效 面 积 法 分 别 加 以 分 析 , 并 通 过 高 精 度 定 点 32 位 DSP 微 处 理 器
TMS320F2812 在线生成 SPWM 波形。实验表明采用对称规则采样法产生的 SPWM 波形,具有速度快、
变频方便等优点。采用等效面积法产生的 SPWM 波形具有精度高、输出波形谐波小,对称性好等优点。
不对称规则采样法的性能介于二者之间。
关键词:正弦脉冲宽度调制(SPWM);规则采样法;等效面积法;TMS320F2812
Abstract:As the kernel technology of modern power electronics,frequency conversion technology
unites the technologies of modern electronics,information and intelligence.The generating and
controll of Sinusoidal Pulse-Width Modulation (SPWM) waveforms is one of the core technology
of frequency conversion.Three algorithms for SPWM waves are analyzed in this paper,which are
symmetry rule sampling method,asymmetry rule sampling method and equiarea algorithm.The
SPWM waves are realized by TMS320F2812 DSP.The experimetal results show that symmetry
rule sampling method has advantages of fast speed and converting frequency easily.They also
show that the SPWM waves generated by equiarea algorithm have advantages of high
precision,small harmonic value of output waves and good symmetry.And the performances of the
SPWM waves by asymmetry rule sampling method are between the two algorithms above.
Keywords: SPWM; rule sampling method;equiarea algorithm;TMS320F2812
针对工频(我国为50Hz)并非是所有用电设备的最佳工作频率,因而导致许多设备长期
处于低效率、低功率因数运行的现状,变频控制提供了一种成熟、应用面广的高效节能新
技术,而SPWM波形的产生和控制则是变频技术的核心之一。最初,SPWM生成技术是采
用模拟电路构成三角波和正弦波发生电路,用比较器来确定他们的交点。这种方法电路复
杂,精度较差,早已淘汰。后来人们采用单片机和微机生成SPWM波,但受硬件计算速度
和算法计算量的影响,往往无法兼顾计算的精度和速度。再后来随着具有强大运算能力的
DSP和一些新算法的出现,这一问题得到了较好地解决。如TI公司推出的电机专用控制芯
片TMS320LF2407大大方便了SPWM算法,提高了SPWM输出的质量和可靠性。
TI公司最新推出的TMS320F2812定点32位DSP芯片,是240x系列DSP芯片的升级产品。
TMS320F2812提供了强大的计算能力,最高运行速度可达150MIPS,单周期32x32位MAC
功能,0.25MB的片上闪存以及12位模数转换器(ADC)。应用于电机的数字化控制和三相逆
变器等方面显得游刃有余。利用DSP TMS320F2812的EV(事件管理)模块中的全比较单元,
可以方便地产生6路带有可编程死区和输出极性的PWM波。载波的频率(开关频率)由定
时器的定时周期和计数模式决定。设置定时器T1工作方式为连续增减计数模式,在这种计
数模式下,定时器计数周期是载波周期的二分之一,在T1不断计数的同时,全比较单元也
随时将比较寄存器 CMPRx (x=1,2,3)的值与计数器的值进行比较,当数值匹配的时候,
引脚PWMx信号产生翻转,在T1向上和向下计数的时候,数值匹配分别发生一次,即在一
个周期内翻转两次,产生对称的PWM信号。只要在每个脉冲周期根据在线计算改写比较寄
存器的值,就可实时改变脉冲占空比。TMS320F2812利用比较单元和PWM电路产生的对称
PWM波形如图1所示。
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