用单片机实现SVPWM合成

1、-作者xxxx-日期xxxx用单片机实现SVPWM合成【精品文档】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

2、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备的性能。因此被越来越多的变频设备所采用。                            

3、0;                     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

4、,unSP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

5、 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。                                

6、60;                 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。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。     &

7、#160;  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

8、量;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

9、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

10、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,从而达到变频的目的。

11、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

12、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。