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工作
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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
< br>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、
< br>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；
TMS3
20F2812
Abstract:
As the
kernel technology of modern power
electronics,frequency conversion
technology
unites
the
technologies
of
modern
electronics,information
and
generating
and
controll of Sinusoidal Pulse-Width
Modulation (SPWM) waveforms is one of the core
technology
of frequency algorithms for
SPWM waves are analyzed in this paper,which are
symmetry
rule
sampling
method,asymmetry
rule
sampling
method
and
equiarea
SPWM
waves are realized by
TMS320F2812
experimetal results show that symmetry
rule
sampling
method
has
advantages
of
fast
speed
and
converting
frequency
also
show
that
the
SPWM
waves
generated
by
equiarea
algorithm
have
advantages
of
high
precision,small
harmonic value of output waves and good the
performances of the
SPWM waves by
asymmetry rule sampling method are between the two
algorithms above.
Keywords:
SPWM; rule sampling method;equiarea alg
orithm
;
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，<
/p>
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
< br>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
< br>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<
/p>
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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定时器（
PWM
）周期
1
定时器的值
PWM
X
（
低有效）
死区
PWM
X+1
（高有效）
图
1
利用比较单元和
PWM
电路产生的对称
PWM
波形
一般
SPWM
波形的产生有以下几种方
法：自然采样法、等效面积法、规则采样法、低
次谐波消去法等。针对
< br>TMS320F2812
的硬件特点，设计了三种算法分别加以实现。
1.
对称规则采样法
对称规则采样法是从自然采样法演变而来的，
它由经过采样的正
弦波
（实际上是阶梯波）
与三角波相交，
由交点得出脉冲宽度。
这种方法只在三角波的顶点或底点位置对正弦波采样
而形成阶梯波。对称规则采样法原理图如图
2
所示
。
若以单位量
1
代表三角载波的幅值
Uc
，则正弦调制波的幅值
Ur
就是调制比
a
。图中
的
三角波和正弦波都是经过向上平移单位量
1
< br>得到的，
与过横坐标轴得到的结果一致。
利用底
点采样，根据相似三角形原理，可得如下关系式：
1
?
a
sin
?
t
D
2
?
（
1
）
?
/
2
T
c
/
2
式中：
a
是调制比，
0
?
a
?
1
；
?
为正弦信号波角频率；
t
D
为在三角波的负峰对正弦信号
波的采样时刻；
?
是
A
相开通时刻脉冲宽
度；
Tc
为三角波载波周期。
因此可得
A
相开通时
刻的脉冲宽度：
?
?
Tc
(
1
?
a
< br>sin
?
t
D
< br>)
/
2
（
2
）
?
t
D
?
(
k
?
3
/
4
)
2
< br>?
/
N
（
k=0
，
1
，
2
…
.N-1
）
（
3
）
式中：
N
为载波比，
2
?
/
N
三
角波周期
Tc
所对应的弧度，
K
为一个周期内采样计数值。
由以上分析得比
较单元
1
的比较寄存器的值为（以
A<
/p>
相为例）：
CMPR
< br>1
?
T
1
PR
?
?
/
2
T
t
（
T
t
为
EVA
通用定时器
1
的时钟周期）
（
4
）
2.
不对称规则采样法
不对称规则采样法采用在每个载波周期采样两次，
即在三角波的顶点位置采
样，
又在三
角波的底点位置采样，
这样
形成的阶梯波与正弦波的逼近程度会大大提高。
不对称规则采样
法生成
SPWM
的原理图如图
3
所示。
根据相似三角形原理，可得如下关系式：
?
'
T
C
2
?
2
?
?<
/p>
T
(
1
?
a
s
i
n
?
t
A
)
1
?
a
sin
?
t
A
，
?
'
?
C
（
5
）
4
2
T
(
1
?
a
s
i
n
?
t
< br>B
)
1
?
a
sin
?
t
B
，
?
?
C
（
6
）
4
2
T
C
绝对力量-认输
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