pwm波形發(fā)生器的原理與應(yīng)用淺析pwm波形發(fā)生器應(yīng)用

　　本文主要是關(guān)于pwm波形發(fā)生器的相關(guān)介紹，并著重對(duì)pwm波形發(fā)生器的原理及其應(yīng)用進(jìn)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(diào)制 - 矩形脈沖波形，你可理解為占空比可調(diào)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(qū)動(dòng)能力有限，驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須額外加放大驅(qū)動(dòng)電路。

　　3.以DSP的EVA單元為例子，EVA的2個(gè)通用定時(shí)器可以產(chǎn)生2路獨(dú)立的PWM波，3個(gè)比較單元能夠產(chǎn)生6對(duì)帶死區(qū)的PWM波。（1）T1CNT為連續(xù)計(jì)數(shù)模式產(chǎn)生不對(duì)稱的PWM波，此時(shí)PWM的周期為（t1pr+1）/tclk，t1pr為周期寄存器值，TCLK為當(dāng)前定時(shí)器每計(jì)數(shù)一次所需時(shí)間。（2）T1CNT為連續(xù)增減計(jì)數(shù)產(chǎn)生對(duì)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(chǎn)生;EvaRegs.T1CNT=0//定時(shí)器1初值設(shè)0;EvaRegs.T1CON.ALL=0x144E//連續(xù)增模式，使能定時(shí)器1和設(shè)置T1P的周期；EvaRegs.CMPR1=500;//使用比較單元輸出PWM;EvaRegs.ACTR.all=0x0006//設(shè)置輸出管教地有效還是高有效；EvaRegs.DBTCON.all=0x0530//使能死區(qū)定時(shí)器，死區(qū)時(shí)間為5倍定時(shí)器時(shí)間;EvaRegs.COMCONA.all=0xa600//比較器控制A操作時(shí)能

　　pwm波形發(fā)生器的原理與應(yīng)用

　　一般的采樣型SPwM法分自然采樣法和規(guī)則采樣法，自然采樣法是將基準(zhǔn)正弦波與一個(gè)載波三角波相比較，由兩者的交點(diǎn)決定開關(guān)模式的方法。由于自然采樣法得到的數(shù)學(xué)模型需要解超越方程，因而并不適合微控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，又因?yàn)閷?shí)踐檢驗(yàn)對(duì)稱波形比非對(duì)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(duì)稱規(guī)則采樣法作為本系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。

　　這里說明一下使用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407（以下簡(jiǎn)稱2407）來產(chǎn)生PWM信號(hào)的原理：由于產(chǎn)生一個(gè)PWM信號(hào)需要有一個(gè)適合的定時(shí)器來重復(fù)產(chǎn)生個(gè)與PM周期相同的計(jì)數(shù)周期，并用一個(gè)比較寄存器來保持調(diào)制值，因此，比較寄存器的值應(yīng)不斷與定吋寄存器的值相比較，這樣，當(dāng)兩個(gè)值相匹配時(shí)，就會(huì)在響應(yīng)的輸出上產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)換（從低到高或從高到低），從而產(chǎn)生輸出脈沖，輸出的開啟（或關(guān)閉）時(shí)間與被調(diào)制的數(shù)值成正比，因此，改變調(diào)制藪值，相關(guān)引腳上輸出的脈沖信號(hào)的寬度也將隨之改變。

　　通過TMS320LF2407的事件管理器模塊可以產(chǎn)生一定占空比的PwM脈沖信號(hào)，而使用其中的通用定時(shí)器、全比較單元和單比較單元?jiǎng)t均可發(fā)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(hào)，這些信號(hào)再經(jīng)過外圍系列調(diào)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(hào)了。事實(shí)上，在硬件上，DSP有兩個(gè)設(shè)計(jì)一樣的事件管理模塊（ EVAZEVB），每一個(gè)事件管理模塊都有6個(gè)PWM輸出口，故可輸岀兩組三相SPWM波，一般均可滿足通常的設(shè)計(jì)。

　　一般交流電機(jī)和靜態(tài)逆變器通常采用這種波形;（b）為三次諧波（增強(qiáng)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(jī)發(fā)熱;（c）為帶死區(qū)的三次諧波（高效型波形），進(jìn)一步優(yōu)化三次諧波，在一個(gè)周期中，高壓側(cè)和低壓側(cè)的開關(guān)保持60°的間隙，不但節(jié)省了33%的開關(guān)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(guān)的可靠性。

　　pwm發(fā)生器是實(shí)現(xiàn)脈沖序列的核心。脈沖調(diào)制信號(hào)是通過比較輸入?yún)⒖疾ㄐ魏透哳l載波得到的。sa866de采用異步不對(duì)稱規(guī)則采樣的調(diào)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(shù)字形式存在片內(nèi)rom中。sa866de使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，避免了使用模擬器件時(shí)產(chǎn)生的漂移現(xiàn)象。三角波（載波）由一個(gè)上/下計(jì)數(shù)器合成，并通過數(shù)字比較器和調(diào)制波進(jìn)行比較。調(diào)制波在每個(gè)載波波峰上升和下降沿都進(jìn)行采樣，稱作“雙沿規(guī)則采樣”。調(diào)制波以數(shù)字形式存在片內(nèi)rom中（1536個(gè)采樣點(diǎn)/360°）。開關(guān)頻率被rom內(nèi)特定地址的比例控制，該比例值與sa866de的載波頻率無關(guān)，因此稱為“異步pwm方法”。pwm波形最終輸出三對(duì)互補(bǔ)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)三相逆變橋的上、下開關(guān)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(qū)動(dòng)電路組成。脈沖取消電路用來將脈沖寬度小于取消時(shí)間的脈沖去掉;脈沖延遲電路保證死區(qū)時(shí)間間隔，防止轉(zhuǎn)換瞬間上、下橋臂間開關(guān)器件產(chǎn)生直通現(xiàn)象，以使逆變器可靠換相;驅(qū)動(dòng)電路用于pwm波形輸出功率放大，使之可直接驅(qū)動(dòng)光電耦合器件，實(shí)現(xiàn)隔離。

　　速度及加速/減速控制邏輯

　　速度控制通過速度設(shè)置電位器由set-point端引入，經(jīng)10位高速a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的目標(biāo)值。加速、減速控制主要通過一個(gè)16位幅值比較器和17位加/減計(jì)數(shù)器組成。加/減計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘由加/減速振蕩器提供，加/減速速率可單獨(dú)設(shè)定，由osc/clk輸入狀態(tài)用3種方式控制。加/減速速率設(shè)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(shí)行加/減速，還應(yīng)由電壓監(jiān)控端vmonitor和電流監(jiān)控端imonitor的輸入信號(hào)值共同確定。

　　 pwm波形發(fā)生器的原理與應(yīng)用淺析pwm波形發(fā)生器應(yīng)用

　　v/f控制

　　為了適應(yīng)各種場(chǎng)合，保證sa866de在任何頻率下都能對(duì)電壓幅度進(jìn)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(shè)置成可調(diào)，然后電壓和頻率按線形關(guān)系和二次型關(guān)系上升到指定值。線形v/f操作使頻率在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)上升到指定值。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)外振幅保持最大值，但隨著頻率的增大，轉(zhuǎn)矩不斷下降，而使功率保持不變，此時(shí)被稱為恒功率區(qū)。v/f特性曲線形狀由一個(gè)8位精度的可編程參數(shù)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(shù)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(shù)。

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

　　 pwm波形發(fā)生器的原理與應(yīng)用淺析pwm波形發(fā)生器應(yīng)用

　　如上圖所示，系統(tǒng)采用外接eeprom方式，所選eeprom為atmel公司生產(chǎn)的at93lc46，所有的可編程參數(shù)均存在eeprom中，page0、page1用來選擇存儲(chǔ)器93lc46的4個(gè)頁面數(shù)據(jù)。系統(tǒng)上電或復(fù)位后，通過串行口自動(dòng)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(fā)光二極管，用來顯示系統(tǒng)故障封鎖。

　　系統(tǒng)主電路輸入為引自電網(wǎng)的三相交流電，經(jīng)整流、濾波后變?yōu)榉€(wěn)定的直流電提供給功率變換器件，經(jīng)過功率變換器件變頻后形成三相交流電驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)。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(qū)動(dòng)和保護(hù)電路集為一體，具有驅(qū)動(dòng)欠電壓、開關(guān)過流、橋臂短路及過熱等系統(tǒng)保護(hù)功能。sa866de的settrip端與ipm的保護(hù)輸出端相連，一旦檢測(cè)到保護(hù)信號(hào)在快速向sa866de發(fā)出保護(hù)高電平，高速切斷電路，關(guān)斷pwm輸出。

　　控制電路是整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心，整個(gè)控制電路只需采用一片三相pwm波形發(fā)生器芯片sa866de即可實(shí)現(xiàn)pwm信號(hào)輸出、系統(tǒng)保護(hù)等功能。12檔速度調(diào)節(jié)通過加/減速速率設(shè)置端raccel/rdecel及電壓監(jiān)控端vmonitor和電流監(jiān)控端imonitor很容易實(shí)現(xiàn)，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)通過dir端控制，因此，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制調(diào)節(jié)方便，具有很高的智能性。