用单片机实现SVPWM合成

1、.来源 : 凌阳单片机推广中心作者 : 牟联树用单片机实现SVPWM合成前言随着计算机技术和电力电子技术的发展 , 变频驱动技术凭借其优异的性能 , 在当今交流调速领域的应用越来越广。变频驱动主要使用的驱动波形主要有SPWM和 SVPWM两种。SPWM原理简单、实现容易 , 是现在使用最广的一种变频驱动波形。但其有一个致命的弱点是其电源利用率不高（只有86%）、谐波成分大。因此 , 在新近开发的产品中其应用逐渐被性能优异的SVPWM所取代。 SVPWM是一种电压利用率、低谐波成分的变频驱动波形, 还有开关次数少、功率管功耗小等特点。同时,SVPWM还能很好的结合矢量控制算法、以最大限度的发挥设

2、备的性能。因此被越来越多的变频设备所采用。芯片简介SPMC75系列 MCU是凌阳科技公司设计开发的高性能16.位通用 MCU,具有很强的抗干扰能力、丰富易用的资源以及优良的结构, 特别是增强的定时计数器和 PWM输出功能。SPMC75系列 MCU使用凌阳 unSP内核 ,u nSP内核是一种高效的 16 位 CISC内核。支持乘法、乘法累加、 32/16 位除法、 FIR 等高性能运算 ; 支持两种中断模式。可以方便的产生 SPWM波、空间电压向量 PWM（SVPWM）等各种电机驱动波形。除了拥有高性能的 CPU外,SPMC75系列 MCU还集成了多种功能模块：多功能 I/O 口、同步和异步串

3、行口、高性能 ADC、普通的定时计数器、多功能的捕获比较模块、 BLDC电机驱动专用位置侦测接口、两相增量编码器接口、 能产生各种电机驱动波形的 PWM发生器等。同时 ,SPMC75系列单片机内部集成了 32K Words的 Flash 和 2K Words 的 SRAM。利用这些硬设支持 ,SPMC75系列单片机可以完成诸如家用电变频驱动、 标准的工业变频驱动器、 多环的伺服驱动系统等复杂应用。SVPWM合成原理.如图 1-1 所示的三相逆变桥中六个开关管有8 种允许的开关组合 , 其中有 6 种有效的开关组合 , 称为非零基本空间电压矢量; 有 2 种为无效开关状态 , 称为零空间电压矢量

4、。 当逆变器单独输出六种基本电压空间矢量时 , 电动机的定子磁链矢量 的矢端的运动轨迹是一个正六边形 , 如图 1-2 所示。.显然 , 按照这样的供电方式只能形成正六边形的旋转磁场 , 而不是我们希望的圆形旋转磁场。.怎样获得圆形旋转磁场？一个思路是 , 如果在定子里形成的旋转磁场不是正六边形 , 而是正多边形 , 我们就可以得到近似的圆形旋转磁场。 显然 , 正多边形的边数越多 , 近似的程度就越多。 但是非零的基本电压空间矢量只有六个 , 如果相获得尽可能多的多边形旋转磁场 , 就必须有更多的逆变器开关状态。下面介绍这种线性时间组合方法。在图 1-3 中和代表相邻的两个基本电压空间矢量;

5、是输出的参考相电压矢量, 其幅值代表相电压的幅值, 其旋转角速度就是输出正弦电压的角频率。可以由和线性时间组合来合成 , 它等于倍的和倍的的矢量和。其中分别是和作用的时间 ;是作用的时间。.按照这种方式 , 在下一个期间 , 仍然用和的线性时间组合 , 但作用的时间 t1''和 t2''与上一次的不同 ,它们必须保证所合成的新的电压空间矢量'' 与原来的电压空间矢量的幅值相等。如此下去 , 在每一个期间 , 都改变相邻的基本矢量的时间 , 并保证合成的电压空间矢量的幅值都相等 , 因此 , 在取足够小时 , 电压空间矢量的轨迹是一个近似圆形的正多

6、边形。开关时间的计算.如上面所述 , 线性时间组合的电压空间矢量 是 倍的和 倍的 的矢量和 , 即：式中 ,可以事先选定 ;可以由 U/F曲线确定 ;可以由输出正弦电压的角频率w和的乘积确定。因此 , 当已知两相相邻的基本电压空间矢量和后, 就可以根据（式1-13 ）来确定。还有另一种确定的方法。当、和投影到平面直角坐标系dq 中时 , （式 1-10 ）可以写成：.当已知逆阵和在平面直角坐标系dq 中的投影后, 就可以确定。当逆变器单独输出零矢量O000和 O111时, 电动机的定子磁链矢量是不动的。根据这个特点 , 在期间插入零矢量t0 ,使：通过这样方法 , 可以调整角频率 w, 从而

7、达到变频的目的。添加零矢量是遵循使功率开关管的开关次数最少的原则来选择O000或 O111。为了使磁链的运动速度平滑 , 零矢量一般都不是集中地加入 , 而是将零矢量平均分成几份 , 多点地插入到磁链轨迹中 , 但作用的时间和仍为 , 这样可以减少电动机转矩的脉动。.经上述合成方法 , 最终将得到如图1-5 所示的七段式电压空间矢量 PWM波形。.点击看原图SVPWM在 SPMC75上的实现SPMC75系列 MCU内部集成的 MCP定时器可以方便的产生 SVPWM,图 1-6 所示是用 SPMC75实现 SVPWM合成的结构框图。系统包括 PWM发生模块、空间向量变换等几部分。图中的 PWM发

8、生器使.用 SPMC75的 MCP定时器实现 ,MCP定时器内部具有多组比较匹配硬件,系统软件只需要将算出的三个SVPWM合成所需的定时时间值送入相应的比较匹配寄存器就可。MCP可以自动输出所需的三相六路的互补SVPWM;同时 ,MCP内部集成死区插入硬件和系统保护逻辑, 以最大限度减小用户开发难度。点击看原图空间向量变换部分主要实现向量变换、扇区计算和矢量时间计算几种功能 , 这部分使用软件方式实现。其计算出的时间直接送到 PWM发生器就可以输出所需的PWM波形。框图中的其它部分也使用软件实现。SPMC75所使用的 unSP内核内部集成有硬件乘法器,拥有专用的乘法累加操作指令。 对整个 SVPWM的合成提供了极大的帮.助。在 24MHz系统时钟时 , 实现整个 SVPWM合成算法只需要21us 的运算时间。结语凌阳科技公司新推出 SPMC7