PWM控制原理.docxVIP

1.1、PWM原理与DSC实现算法1.1.1、PWM原理脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。PWM技术在逆变电路中应用最为广泛，对逆变电路的影响最为深刻，PWM控制技术有赖于在逆变电路中的应用，才发展成熟，才确定了在电力电子技术中的重要地位。在采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同。冲量是指窄脉冲的面积，效果基本相同是说环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅里叶变换分析，其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。这种原理称之为面积等效原理，是PWM控制技术的重要理论基础。下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波。图1、SPWM原理把图1中的正弦波分成2N等份，就可以把正弦波看成是由2N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于，但幅值不相等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲和相应的正弦波部分的中心重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就可以得到如图1所示的脉冲序列，这就是PWM波形。根据面积等效原理，PWM波形与正弦波是等效的。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM（Sinusoidal PSM）波形。要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按照同一比例系数改变上述脉冲的宽度即可。根据PWM控制的基本原理，如果给出逆变电路的正弦波输出频率、幅值和一个周期内的脉冲数，PWM波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制开关器件的通断，就可以得到需要的PWM波形。这种方法称之为计算法。与计算法对应的是调试法，即把希望输出的波形作为调制信号，把接受调试的信号作为载波，通过信号波的调制得到所希望的PWM波形。通常采用等腰三角形或锯齿波作为载波，其中等腰三角形应用最多。因为等腰三角形上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号相交时，如果在交点时刻对电力电子器件通断控制，就可以得到宽度正不语信号波幅值的脉冲，这正好符合PWM控制的要求。1.1.2、数字化PWM实现方法按照SPWM控制的基本原理，在正弦波与三角波的自然交点时刻控制开关器件的通断，如图2（a）所示。这种生成SPWM波形的方法称为自然采样法。自然采样法是最基本的方法，所得到的SPWM波形很接近正弦波，但这种方法要求解复杂的超越方程，用微机控制技术是很难实现的，工程上很少采用。 a）自然采样法与规则采样法1 b）规则采样法2 c） TI公司DSC事件管理器PWM图2、数字化PWM实现方法规则采样法是一种应用广泛的工程实用方法，其效果接近自然采样法，但计算量要比自然采样法小很多。如图2（a）所示，在载波负峰值点（A点）计算需要的调制波幅值，计算确认与三角载波左右对称的交点（B点和C点），进而控制下一个开关周期的开关通断，定义为规则采样法1。规则采样法也可以在三角载波的正峰值点计算调制波幅值，如图2（b）所示。在三角波正峰值处计算需要调制的调制波，进而根据载波幅值计算出控制开关导通的时间长度，其它时间为控制开关关断的时间长度，定义为规则采样法2。TI公司24xx或28xx系列DSC内部集成了事件管理器，可以产生PWM波形。波形既可以是非对称PWM（对应锯齿波载波），也可以是对称PWM（对应等腰三角形载波）。下面以对称PWM为例介绍PWM产生原理。TI公司DSC事件管理器产生对称PWM波形的原理与规则采样法2相似，但控制开关器件通断的信号有效性相反，如图2（c）所示。编写程序时将定时器设置为连续增减计数模式，只是注意计算需要填充比较寄存器的数值为开关器件断开的时间间隔而不是开关器件导通的时间间隔。