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）把一個周期4N等分，則每一分為2π/4N=π/2N弧度，則每一個小面積的值為：

這樣，可以通過DSP來控制IGBT的導(dǎo)通時間（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． 具體實現(xiàn)

圖1.電路原理框圖

本設(shè)計系統(tǒng)由DSP控制器完成對SPWM逆變電路控制，鍵盤輸入，A/D轉(zhuǎn)換，輸出顯示等工作，具體運行框圖如圖1所示。每個240x系列DSP可產(chǎn)生多達16路的PWM輸出，為了利用DSP來產(chǎn)生PWM輸出，采用通用定時器的比較操作，因為每個通用定時器都有一個相關(guān)的比較寄存器TxCMPR和一個PWM輸出引腳TxPWM。通用定時器的值總是與相關(guān)的比較寄存器的值進行比較，當(dāng)定時計數(shù)器的值與比較寄存器的值相等時，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CPU時鐘周期后，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，使通用定時器處于連續(xù)增/減計數(shù)模式下，來產(chǎn)生對稱波形，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間間隔設(shè)為L1、L2……Ln，高電平時間間隔設(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現(xiàn)。

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

存入以下一系列值：

當(dāng)定時器的計數(shù)值增計數(shù)達到L1對應(yīng)的計數(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IGBT導(dǎo)通，然后當(dāng)定時器計數(shù)值減計數(shù)達到L2/2時，再次發(fā)生比較匹配，PWM又發(fā)生跳變，關(guān)斷PWM輸出，直到減計數(shù)到零，定時器復(fù)位，進行下一周期的PWM 輸出。

這里為了節(jié)省存儲器空間，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定時器的計數(shù)脈沖個數(shù)，在進行DSP軟件設(shè)計時，應(yīng)編程將計算出的時間間隔換算成時鐘的計數(shù)脈沖數(shù).

三．保護電路

1．過壓保護

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

過壓保護主要用于防止電網(wǎng)電壓的波動，對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。如圖2所示：過零比較器LM339實現(xiàn)過壓保護，它是GESolidst的產(chǎn)品，集成了四個電壓比較器。

圖2. 過壓保護電路

因TIL113的驅(qū)動電壓為+5V，所以由LM339構(gòu)成的電壓比較器的負(fù)輸入端同一個+5V的穩(wěn)壓二極管2CW53相連。運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，運放輸出0。這時光電耦合器TIL113不發(fā)光，不導(dǎo)通。當(dāng)電壓過壓時，運放的正輸入端電壓大于5V，運放導(dǎo)通，輸出+5V電壓，驅(qū)動TIL113發(fā)光導(dǎo)通，導(dǎo)通后發(fā)一個驅(qū)動信號到DSP的INT2，DSP檢測到中斷后，發(fā)出信號驅(qū)動過壓保護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，保護功率器件不被燒壞。

2．過流保護

過流保護電路主要防止發(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)置一個限定值，由DSP的A/D轉(zhuǎn)換不斷對主電路的電流進行轉(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先進行分流并轉(zhuǎn)換成電

圖3.過流保護電路

壓信號，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)換檢測到電流超過限定值時，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)新點為充分利用集成了外圍設(shè)備的TMS320C240內(nèi)部資源,設(shè)計出基于DSP的SPWM的實現(xiàn),使整個設(shè)計變得簡單易行。

參考文獻

[1] TMS320LF/C240X DSP Controllers System and peripheral Reference Guide

[2] TMS320C2X/C2XX/C5X Optimizing c Compiler User’s Guide

[3] 余家春. DSP芯片的原理于開發(fā)應(yīng)用. 中國鐵道出版社

[4] 黃俊. 電力電子技術(shù). 機械工業(yè)出版社

[5] APEX功率器件簡明應(yīng)用指南

[6] 張衛(wèi)寧. DSPs原理及應(yīng)用. 國防工業(yè)出版社

[7]程志平，支長義，焦留成，基于DSP的工頻電量測試儀硬件電路設(shè)計，《微計算機信息》，2006，（6）

[8]支長義，程志平，焦留成，基于DSP的單相精密電源硬件設(shè)計，《微計算機信息》，2006，（5）