一．原理

SPWM是一種關(guān)于PWM技術(shù)的控制技術(shù)。在現(xiàn)代逆變電路中應(yīng)用的中得到了廣泛應(yīng)用。

假設(shè)正弦波為ＵＯ＝ Ｕ2sinφ（φ＝0～2π＝2πf）把一個(gè)周期4N等分，則每一分為2π/4N=π/2N弧度，則每一個(gè)小面積的值為：

這樣，可以通過DSP來控制IGBT的導(dǎo)通時(shí)間（在低電平關(guān)斷IGBT，在高電平導(dǎo)通IGBT）就可以得到我們所需要得SPWM波形。

二． 具體實(shí)現(xiàn)

圖1.電路原理框圖

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由DSP控制器完成對(duì)SPWM逆變電路控制，鍵盤輸入，A/D轉(zhuǎn)換，輸出顯示等工作，具體運(yùn)行框圖如圖1所示。每個(gè)240x系列DSP可產(chǎn)生多達(dá)16路的PWM輸出，為了利用DSP來產(chǎn)生PWM輸出，采用通用定時(shí)器的比較操作，因?yàn)槊總€(gè)通用定時(shí)器都有一個(gè)相關(guān)的比較寄存器TxCMPR和一個(gè)PWM輸出引腳TxPWM。通用定時(shí)器的值總是與相關(guān)的比較寄存器的值進(jìn)行比較，當(dāng)定時(shí)計(jì)數(shù)器的值與比較寄存器的值相等時(shí)，就產(chǎn)生比較匹配，可通過置TxCON.1位為1來使能比較操作，發(fā)生匹配后的一個(gè)CPU時(shí)鐘周期后，根據(jù)GPTCONA/B寄存器相應(yīng)位的配置情況，相關(guān)的PWM輸出將發(fā)生跳變。由于采用一系列等幅不等寬的矩形波代替正弦波，所以，使通用定時(shí)器處于連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式下，來產(chǎn)生對(duì)稱波形，通過比較產(chǎn)生所需脈寬脈沖的波形。

根據(jù)所需的PWM周期設(shè)置TxPR：假設(shè)正弦半波低電平的時(shí)間間隔設(shè)為L1、L2……Ln，高電平時(shí)間間隔設(shè)為H1、H2……Hn，在周期寄存器中存入如下的

一系列值：

為了節(jié)省存儲(chǔ)器空間，只在周期寄存器中存入前1/4正弦半波的高低電平值。當(dāng)周期寄存器中的值由上而下被讀取后，可通過編程來完成再由下而上讀取，正好對(duì)應(yīng)PWM等效矩形脈沖中的前半周期，后半周期值的讀取也可由編程實(shí)現(xiàn)。

設(shè)置比較寄存器：由于采用的是連續(xù)增減的計(jì)數(shù)模式，所以要在比較寄存器中

存入以下一系列值：

當(dāng)定時(shí)器的計(jì)數(shù)值增計(jì)數(shù)達(dá)到L1對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)脈沖值發(fā)生比較匹配，PWM發(fā)生跳變，輸出高電平驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，然后當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)值減計(jì)數(shù)達(dá)到L2/2時(shí)，再次發(fā)生比較匹配，PWM又發(fā)生跳變，關(guān)斷PWM輸出，直到減計(jì)數(shù)到零，定時(shí)器復(fù)位，進(jìn)行下一周期的PWM 輸出。

這里為了節(jié)省存儲(chǔ)器空間，同樣可以采用設(shè)置周期寄存器的方法。不過，二者一定要匹配，即要存儲(chǔ)相同周期的值。

以上是產(chǎn)生0～1800之間的PWM矩形脈沖，為了的到正弦波的負(fù)半周波形，我們就令DSP在0～1800間控制VT1、VT4導(dǎo)通，VT2、VT3關(guān)斷，得到的是正半周的波形。在1800～3600間，控制VT2、VT3導(dǎo)通，VT1、VT4關(guān)斷，得到負(fù)半周波形。

為了改變輸出正弦波的頻率，我可以通過改變前面已經(jīng)計(jì)數(shù)得出的公式中的T值。為了減少輸出正弦波的高次諧波，應(yīng)保證等效矩形脈沖的數(shù)目N不小于720。

以上所用的數(shù)值為DSP定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)，在進(jìn)行DSP軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)編程將計(jì)算出的時(shí)間間隔換算成時(shí)鐘的計(jì)數(shù)脈沖數(shù).

三．保護(hù)電路

1．過壓保護(hù)

將IGBT用于電力變換器時(shí)，應(yīng)采用保護(hù)措施，以防止損壞器件，在本設(shè)計(jì)中主要有過壓保護(hù)和過流保護(hù)。

過壓保護(hù)主要用于防止電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，對(duì)功率變頻器件突然產(chǎn)生大于安全裕量的電壓沖擊過壓保護(hù)。如圖2所示：過零比較器LM339實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)，它是GESolidst的產(chǎn)品，集成了四個(gè)電壓比較器。

圖2. 過壓保護(hù)電路

因TIL113的驅(qū)動(dòng)電壓為+5V，所以由LM339構(gòu)成的電壓比較器的負(fù)輸入端同一個(gè)+5V的穩(wěn)壓二極管2CW53相連。運(yùn)放的正輸入端在沒有過壓的情況下（Ud=55V ）為4.5V，小于負(fù)端電壓5V，運(yùn)放輸出0。這時(shí)光電耦合器TIL113不發(fā)光，不導(dǎo)通。當(dāng)電壓過壓時(shí)，運(yùn)放的正輸入端電壓大于5V，運(yùn)放導(dǎo)通，輸出+5V電壓，驅(qū)動(dòng)TIL113發(fā)光導(dǎo)通，導(dǎo)通后發(fā)一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)到DSP的INT2，DSP檢測(cè)到中斷后，發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)過壓保護(hù)電路的大功率三極管導(dǎo)通，導(dǎo)通后由分壓電阻分去一部分電壓，保護(hù)功率器件不被燒壞。

2．過流保護(hù)

過流保護(hù)電路主要防止發(fā)生短路等使電路中電流劇增，功率器件迅速升溫而燒壞的情況，具體電路如圖3所示：

為了判斷電路是否過流，可在DSP的控制程序中事先設(shè)置一個(gè)限定值，由DSP的A/D轉(zhuǎn)換不斷對(duì)主電路的電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換。主電路的電流通過耦合電感后，在A/D轉(zhuǎn)換側(cè)由電阻R先進(jìn)行分流并轉(zhuǎn)換成電

圖3.過流保護(hù)電路

壓信號(hào)，經(jīng)電壓跟隨器后，輸入到DSP的A/D轉(zhuǎn)換中。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換檢測(cè)到電流超過限定值時(shí)，就發(fā)出中斷給PWM發(fā)生器，關(guān)掉PWM輸出，從而斷開主電路電流，防止過流發(fā)熱而燒毀。

四．結(jié)語

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)為充分利用集成了外圍設(shè)備的TMS320C240內(nèi)部資源,設(shè)計(jì)出基于DSP的SPWM的實(shí)現(xiàn),使整個(gè)設(shè)計(jì)變得簡單易行。

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