pwm波形发生器的原理与应用

　

　　本文主要是关于pwm波形发生器的相关介绍，并着重对pwm波形发生器的原理及其应用进行了详尽的描述。

　　为什么要使用PWM波

　　1:PWM就是PULSE WIDTH Modulation 脉宽调制 - 矩形脉冲波形，你可理解为占空比可调的方波。

　　2.DSP直接可以输出PWM波，所以不需要额外的硬件连接。但是DSP输出的驱动能力有限，驱动电机必须额外加放大驱动电路。

　　3.以DSP的EVA单元为例子，EVA的2个通用定时器可以产生2路独立的PWM波，3个比较单元能够产生6对带死区的PWM波。（1）T1CNT为连续计数模式产生不对称的PWM波，此时PWM的周期为（t1pr+1）/tclk，t1pr为周期寄存器值，TCLK为当前定时器每计数所需时间。（2）T1CNT为连续增减计数产生对称的PWM波。周期为2T1PR/tclk.程序如下：void InitEV（void） {

　　EvaRegs.T1PR=5000;EvaRegs.T1CMPR=2500//没用这种方式产生;EvaRegs.T1CNT=0//定时器1初值设0;EvaRegs.T1CON.ALL=0x144E//连续增模式，使能定时器1和设置T1P的周期；EvaRegs.CMPR1=500;//使用比较单元输出PWM;EvaRegs.ACTR.all=0x0006//设置输出管教地有效还是高有效；EvaRegs.DBTCON.all=0x0530//使能死区定时器，死区时间为5倍定时器时间;EvaRegs.COMCONA.all=0xa600//比较器控制A操作时能

　　pwm波形发生器的原理与应用

　　一般的采样型SPwM法分自然采样法和规则采样法，自然采样法是将基准正弦波与一个载波三角波相比较，由两者的交点决定开关模式的方法。由于自然采样法得到的数学模型需要解超越方程，因而并不适合微控制器进行实时控制，又因为实践检验对称波形比非对称波形在三相电的相电流中引起的谐波失真小，所以我们使用对称规则采样法作为本系统的数学模型。

　　这里说明一下使用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407（以下简称2407）来产生PWM信号的原理：由于产生一个PWM信号需要有一个适合的定时器来重复产生个与PM周期相同的计数周期，并用一个比较寄存器来保持调制值，因此，比较寄存器的值应不断与定寸寄存器的值相比较，这样，当两个值相匹配时，就会在响应的输出上产生一个转换（从低到高或从高到低），从而产生输出脉冲，输出的开启（或关闭）时间与被调制的数值成正比，因此，改变调制薮值，相关引脚上输出的脉冲信号的宽度也将随之改变。

　　通过TMS320LF2407的事件管理器模块可以产生一定占空比的PwM脉冲信号，而使用其中的通用定时器、全比较单元和单比较单元则均可发出PWM脉冲，由DSP的Pw口可输出一系列等幅不等宽的PwM波形信号，这些信号再经过外围系列调理电路的变换之后，便可以得到所需要的三相交流正弦波信号了。事实上，在硬件上，DSP有两个设计一样的事件管理模块（ EVAZEVB），每一个事件管理模块都有6个PWM输出口，故可输岀两组三相SPWM波，一般均可满足通常的设计。

　　一般交流电机和静态逆变器通常采用这种波形;（b）为三次谐波（增强型波型），此种波型包括3分奇次谐波，输出功率提高20%，三相谐波相互抵消，防止了电机发热;（c）为带死区的三次谐波（高效型波形），进一步优化三次谐波，在一个周期中，高压侧和低压侧的开关保持60°的间隙，不但节省了33%的开关损耗，而且可以使用更少、更便宜的功率器件或减少散热片的体积，提高了功率开关的可靠性。

　　pwm发生器是实现脉冲序列的。脉冲调制信号是通过比较输入参考波形和高频载波得到的。sa866de采用异步不对称规则采样的调制方法，其工作原理如图3所示。sa866de为用户提供的参考波形以数字形式存在片内rom中。sa866de使用数字调制技术，避免了使用模拟器件时产生的漂移现象。三角波（载波）由一个上/下计数器合成，并通过数字比较器和调制波进行比较。调制波在每个载波波峰上升和下降沿都进行采样，称作“双沿规则采样”。调制波以数字形式存在片内rom中（1536个采样点/360°）。开关频率被rom内特定地址的比例控制，该比例值与sa866de的载波频率无关，因此称为“异步pwm方法”。pwm波形终输出三对互补信号分别驱动三相逆变桥的上、下开关管。每相输出控制电路由脉冲取消电路、脉冲延迟电路和功率驱动电路组成。脉冲取消电路用来将脉冲宽度小于取消时间的脉冲去掉;脉冲延迟电路保证死区时间间隔，防止转换瞬间上、下桥臂间开关器件产生直通现象，以使逆变器可靠换相;驱动电路用于pwm波形输出功率放大，使之可直接驱动光电耦合器件，实现隔离。

　　速度及加速/减速控制逻辑

　　速度控制通过速度设置电位器由set-point端引入，经10位高速a/d转换器转换成相应的目标值。加速、减速控制主要通过一个16位幅值比较器和17位加/减计数器组成。加/减计数器的时钟由加/减速振荡器提供，加/减速速率可单独设定，由osc/clk输入状态用3种方式控制。加/减速速率设置端raccel/rdecel分别外接电阻、电容确定加/减速振荡器频率。是否实行加/减速，还应由电压监控端vmonitor和电流监控端imonitor的输入信号值共同确定。

　　v/f控制

　　为了适应各种场合，保证sa866de在任何频率下都能对电压幅度进行控制，有两种v/f控制方式可以选择。线形方式和二次型方式。为了减小铜耗，基电压都设置成可调，然后电压和频率按线形关系和二次型关系上升到指定值。线形v/f操作使频率在恒转矩区上升到指定值。在恒转矩区外振幅保持值，但随着频率的增大，转矩不断下降，而使功率保持不变，此时被称为恒功率区。v/f特性曲线形状由一个8位的可编程参数决定。

　　模式选择

　　将serial脚置1或悬空不用，可以选择模式n1~n3，这三种模式均为正常工作模式，所有参数均由外部eeprom读入。将serial脚置0可以选择模式s1~s2，这两种模式均为串行工作模式，由微处理器/微控制器取代外部eeprom，串行加载初始化参数。

　　sa866de具有microwire三线串行接口，可与256或1024位的串联总线型eeprom兼容。eeprom的存储单元分为4页，每页为4个16位字，分别包含一套参数。页面选择通过sa866de给eeprom发送的首地址命令及所读取的位数确定，这样对于每种产品可以有四套参数供选择，由page0、page1两个逻辑管脚决定。

　   系统采用外接eeprom方式，所选eeprom为atmel公司生产的at93lc46，所有的可编程参数均存在eeprom中，page0、page1用来选择存储器93lc46的4个页面数据。系统上电或复位后，通过串行口自动。sa866de工作于模式n3，racc、rdec引脚接高电平，serial端悬空。trip端接一发光二极管，用来显示系统故障封锁。

　　系统主电路输入为引自电网的三相交流电，经整流、滤波后变为稳定的直流电提供给功率变换器件，经过功率变换器件变频后形成三相交流电驱动交流电机。功率变换器件采用集成度高的智能功率模块（ipm），它将功率变换、栅极驱动和保护电路集为一体，具有驱动欠电压、开关过流、桥臂短路及过热等系统保护功能。sa866de的settrip端与ipm的保护输出端相连，一旦检测到保护信号在快速向sa866de发出保护高电平，高速切断电路，关断pwm输出。

　　控制电路是整个变频调速系统的，整个控制电路只需采用一片三相pwm波形发生器芯片sa866de即可实现pwm信号输出、系统保护等功能。12档速度调节通过加/减速速率设置端raccel/rdecel及电压监控端vmonitor和电流监控端imonitor很容易实现，电机的正反转通过dir端控制，因此，系统电路结构简单，控制调节方便，具有很高的智能性。