電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐 課件 第1、2章 脈沖寬度調(diào)制、正弦波脈寬調(diào)制

電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐上篇

1. 脈沖寬度調(diào)制 2. 正弦波脈寬調(diào)制 3. 信號(hào)濾波 4. 反饋控制 5. 坐標(biāo)變換 6. 空間電壓矢量脈寬調(diào)制 下篇

7. 電力電子技術(shù)的PLECS仿真實(shí)驗(yàn) 8. 電力電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn) 電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐1. 脈沖寬度調(diào)制1.1 PWM信號(hào)1.2 PWM信號(hào)的產(chǎn)生方法1.3 微控制器開發(fā)的基本流程1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)課件中電路圖和電路仿真模型使用CAD繪制，元件取自相應(yīng)的CAD軟件元件庫，可能會(huì)與紙質(zhì)版書籍符號(hào)、角標(biāo)的寫法有不同。1.1 脈沖寬度調(diào)制信號(hào)1.1.1電力電子電路的分類IEEE對(duì)電力電子技術(shù)的定義有效地使用電力半導(dǎo)體器件、應(yīng)用電路和設(shè)計(jì)理論以及分析開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效變換和控制的一門技術(shù)。它包括電壓、電流、頻率和波形等方面的變換電路功能分類輸入輸出

交流（AC）

直流（DC）

直流（DC）整流

直流斬波

交流（AC）交流變換變頻、調(diào)壓逆變

1.1 脈沖寬度調(diào)制信號(hào)1.1.1電力電子電路的分類基本控制方式有三類：相控方式頻控方式斬控方式1.1 脈沖寬度調(diào)制信號(hào)1.1.2PWM的原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在慣性環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積效果基本相同是指慣性環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。1.1 脈沖寬度調(diào)制信號(hào)1.1.2PWM的原理主要指標(biāo)是占空比(DutyRatio)和振蕩周期。占空比有時(shí)稱為“占空系數(shù)”，常用符號(hào)D或α表示。占空比是指在一個(gè)振蕩周期內(nèi),通電時(shí)間相對(duì)于總時(shí)間所占的比例。振蕩周期T和振蕩頻率f互為倒數(shù)，T=1/f。設(shè)輸入直流電壓為Ui，則PWM信號(hào)的平均值為DUi，PWM信號(hào)的有效值為。1.1 脈沖寬度調(diào)制信號(hào)例：PWM波形，輸入電壓幅值為1V，脈沖高電平寬度1μs,振蕩周期4μsPWM信號(hào)的電壓平均值為0.25V，電壓有效值為0.5V。1.2 PWM信號(hào)的產(chǎn)生方法1.2.1時(shí)基芯片產(chǎn)生PWM如555定時(shí)器產(chǎn)生PWM信號(hào)充電過程中C1的電壓從1/3VCC

升至2/3VCC

。電容C1的電壓上升到后，555定時(shí)器6腳置位觸發(fā)，3腳Uo變低電位。放電過程中C1的電壓從2/3VCC降至1/3VCC以下時(shí)，低于2腳的閾值電壓，使555定時(shí)器復(fù)位，形成一個(gè)振蕩周期。重復(fù)以上步驟，往復(fù)循環(huán)在555定時(shí)器的3腳產(chǎn)生了PWM信號(hào)。1.2 PWM信號(hào)的產(chǎn)生方法1.2.2專用PWM集成電路專用PWM集成電路型號(hào)很多，性能各有特色。比較典型的專用PWM集成電路有SG3525、TL494等。SG3525構(gòu)成的PWM信號(hào)發(fā)生電路生產(chǎn)廠商提供的振蕩器頻率5腳為振蕩器的外接電容CT連接端，RD為5腳與7腳之間跨接的死區(qū)電阻，用來調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，1.2 PWM信號(hào)的產(chǎn)生方法1.2.2專用PWM集成電路SG3525構(gòu)成的PWM信號(hào)波形圖調(diào)壓和限流的功能在沒有電壓電流傳感器采集后級(jí)電壓、電流信號(hào)時(shí)，SG3525輸出PWM信號(hào)占空比穩(wěn)定。調(diào)節(jié)RT，SG3525輸出PWM波形，振蕩頻率20kHz，占空比50%。1.2 PWM信號(hào)的產(chǎn)生方法1.2.3微控制器軟件模擬PWM微控制器產(chǎn)生PWM信號(hào)微控制器用通用輸入輸出端口（GPIO）模擬PWM微控制器外設(shè)（集成了PWM硬件電路）產(chǎn)生PWM用程序控制GPIO端口的高低電平變化，模擬PWM信號(hào)阻塞式程序中斷式程序微控制器外設(shè)產(chǎn)生PWM與專用PWM集成電路產(chǎn)生PWM類似，需要設(shè)置PWM控制器的參數(shù)。1.3 微控制器開發(fā)的基本流程1.3.1工具軟件操作(1)信號(hào)仿真步驟1：建立仿真模型、設(shè)置元器件參數(shù)。步驟2：設(shè)置仿真運(yùn)行參數(shù)。步驟3：仿真運(yùn)行并觀測(cè)仿真結(jié)果。步驟4：修改模型和參數(shù)。MATLAB/Simulink、PLECS1.3 微控制器開發(fā)的基本流程（2）微控制器程序編輯與編譯----集成IDE環(huán)境步驟1：建立工程項(xiàng)目步驟2：編輯工程文件步驟3：編譯程序步驟4：編譯步驟5：仿真調(diào)試Keil

STM32Cube-IDE1.3 微控制器開發(fā)的基本流程Keil5.181.3 微控制器開發(fā)的基本流程STM32CubeIDE1.13.11.3 微控制器開發(fā)的基本流程（3）下載STC-ISP6.9.21.3 微控制器開發(fā)的基本流程ST-LINKUtility4.6.01.3 微控制器開發(fā)的基本流程（4）調(diào)試串口軟件（如串口精靈、VOFA+等）1.3 微控制器開發(fā)的基本流程1.3.2串口重定向//STC8A8K微控制器#include"STC8.H"#include"uart.h"#include<stdio.h>voidUART1_Init(void){SCON=0x50;//串口1工作模式1TMOD=0x00;//定時(shí)器1，模式0，自動(dòng)重裝載

TL1=(65536-24000000/115200/4);//晶振24MHz，波特率115200TH1=(65536-24000000/115200/4)>>8;//設(shè)置重裝載值的低位

AUXR=0x40;//定時(shí)器為1T模式，系統(tǒng)時(shí)鐘不分頻

TR1=1;//啟動(dòng)定時(shí)器1ET1=0;//關(guān)定時(shí)器1中斷}1.3 微控制器開發(fā)的基本流程/*-----發(fā)送一個(gè)字節(jié)--------------*/voidSendByte(unsignedcharData){SBUF=Data;while(!TI);TI=0;}/*----發(fā)送一個(gè)字符串----------*/voidSendStr(unsignedchar*s){while(*s!='\0'){SendByte(*s);s++;}}/*---接受一個(gè)字節(jié)--------*/unsignedcharGetChar(void){while(!RI);RI=0;returnSBUF;}/*-重定向stdio.h內(nèi)函數(shù)------*/charputchar(charData){SBUF=Data;while(!TI);TI=0;returnData;}1.3 微控制器開發(fā)的基本流程/*---串口1中斷服務(wù)程序---------*/voidUART1()interrupt4using1{if(TI)TI=0;//清中斷

if(RI)RI=0;//清中斷}使用24MHz的晶振頻率，串口1通信(波特率115200，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗(yàn))。如果使用其它的晶振頻率，需要修改晶振頻率計(jì)數(shù)值。charputchar(charData)函數(shù)將重定向stdio.h內(nèi)的putchar函數(shù)。1.3 微控制器開發(fā)的基本流程1.3.2串口重定向//STM32Fxxx微控制器對(duì)于STM32F407VGT6微控制器，HCLK為168MHz，APB2PeripheralClocks設(shè)為84MHz，PA9---->USART1_TX，PA10---->USART1_RX，波特率115200，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，校驗(yàn)。不使用中斷，初始化和重定向函數(shù)。40. //USART1重定向41. #ifdef__GNUC__42. #definePUTCHAR_PROTOTYPEint__io_putchar(intch)43. PUTCHAR_PROTOTYPE44. {45. HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)&ch,1,1000);46. returnch;47. }48. #endif1.3 微控制器開發(fā)的基本流程4. voidMX_USART1_UART_Init(void)//串口初始化函數(shù)5. {6. huart1.Instance=USART1;7. huart1.Init.BaudRate=115200;8. huart1.Init.WordLength=UART_WORDLENGTH_8B;9. huart1.Init.StopBits=UART_STOPBITS_1;10. huart1.Init.Parity=UART_PARITY_NONE;11. huart1.Init.Mode=UART_MODE_TX_RX;12. huart1.Init.HwFlowCtl=UART_HWCONTROL_NONE;13. huart1.Init.OverSampling=UART_OVERSAMPLING_16;14. if(HAL_UART_Init(&huart1)!=HAL_OK)15. {16. Error_Handler();17. }18. }1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.1STC8微控制器的GPIO端口模擬PWM硬件環(huán)境：STC8A8K64S4微控制器測(cè)試，系統(tǒng)晶振頻率12MHz，輸出脈沖端口P10，兩個(gè)按鍵名稱為“增占空比”端口P32、“減占空比”端口P33。程序的實(shí)現(xiàn)流程：①設(shè)置輸出脈沖、按鍵端口。②設(shè)置定時(shí)器工作模式，設(shè)置定時(shí)器初值。③開定時(shí)中斷，打開總中斷，開定時(shí)器計(jì)數(shù)。在中斷程序中，將當(dāng)前輸出電平取反可以獲得將要輸出的電平值，判斷將要輸出的電平值，并修改定時(shí)器的計(jì)數(shù)值與該電平對(duì)應(yīng)。1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)61. /******************interupte*******************************/62. voidTime0_H()interrupt163. {64. pulse_level=~pulse_level;65. if(pulse_level==1)66. {67. TH0=(65536-(timpluse-(99-duty)*step))/256;68. TL0=(65536-(timpluse-(99-duty)*step))%256;69. }70. if(pulse_level==0)71. {72. TH0=(65536-(timpluse-(duty-1)*step))/256;73. TL0=(65536-(timpluse-(duty-1)*step))%256;74. }75. }76. /*********************************************************/1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)61. /******************interupte*******************************/62. voidTime0_H()interrupt163. {64. pulse_level=~pulse_level;65. if(pulse_level==1)66. {67. TH0=(65536-(timpluse-(99-duty)*step))/256;68. TL0=(65536-(timpluse-(99-duty)*step))%256;69. }70. if(pulse_level==0)71. {72. TH0=(65536-(timpluse-(duty-1)*step))/256;73. TL0=(65536-(timpluse-(duty-1)*step))%256;74. }75. }76. /*********************************************************/1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)運(yùn)行程序并測(cè)試，設(shè)置微控制器工作頻率12MHz，定時(shí)器工作在12T模式，與普通MCS51微控制器相同，則其機(jī)器周期為1μs，即定時(shí)器計(jì)一個(gè)數(shù)就耗時(shí)1μs。輸出脈沖頻率按250Hz計(jì)算，250Hz的時(shí)間周期為4000μs，T0計(jì)數(shù)值設(shè)為（65536-4000+低或高電平脈沖數(shù)）。設(shè)置初始占空比為10%，波形圖。1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.2STC8的PWM外設(shè)產(chǎn)生PWM信號(hào)STC8系列微控制器集成了一組（各自獨(dú)立8路）增強(qiáng)型的PWM波形發(fā)生器。PWM波形發(fā)生器內(nèi)部有一個(gè)15位的PWM計(jì)數(shù)器供8路PWM使用，用戶可以設(shè)置每路PWM的初始電平，在工作時(shí)會(huì)不斷地根據(jù)PWM時(shí)鐘源信號(hào)計(jì)數(shù)，直到達(dá)到設(shè)定值（0~32767可自由設(shè)置），產(chǎn)生溢出并歸零，繼續(xù)重新計(jì)數(shù)，如此往復(fù)。PWM波形發(fā)生器為每路PWM又設(shè)計(jì)了兩個(gè)16位的用于控制波形翻轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)器T1、T2。由于8路PWM是各自獨(dú)立的，且每路PWM的初始狀態(tài)可以獨(dú)立設(shè)定，所以用戶可以將其中的任意兩路配合起來使用，可實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)對(duì)稱輸出以及死區(qū)控制等特殊應(yīng)用。1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.2STC8的PWM外設(shè)產(chǎn)生PWM信號(hào)(寄存器）符號(hào)地址B7B6B5B4B3B2B1B0PWMCKSFFF2H

SELT2PWM_PS[3:0]表1-1PWMCKS的bit設(shè)置值表1-2PWM_PS[3:0]系統(tǒng)時(shí)鐘預(yù)分頻參數(shù)SELT2PWM_PS[3:0]PWM時(shí)鐘源1x定時(shí)器2的溢出脈沖00000SYSclk/100001SYSclk/200010SYSclk/3………0xSYSclk/(x+1)………01111SYSclk/161.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.2STC8的PWM外設(shè)產(chǎn)生PWM信號(hào)(寄存器）PWM每個(gè)通道的(PWMnTIH,PWMnTIL)和(PWMnT2H,PWMnT2L)分別組合成兩個(gè)15位的寄存器，用于控制各路PWM每個(gè)周期中輸出PWM波形的兩個(gè)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。PWM控制寄存器PWMnCR，第7位ENCnO輸出使能位（1/0：PWM端口/GPIO端口），第6位CnINI設(shè)置PWM輸出端口的初始電平（1/0：高電平/低電平），第4位和第3位Cn_S[1:0]：PWM輸出功能腳切換選擇，第2位ECnI：第n通道的PWM中斷使能控制位（1/0：使能/關(guān)閉），第1位ECnT2SI：第n通道的PWM在第2個(gè)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)中斷使能控制位（1/0：使能/關(guān)閉），第0位ECnT1SI：第n通道的PWM在第1個(gè)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)中斷使能控制位（1/0：使能/關(guān)閉）。1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)硬件配置STC8A8K64S4，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率24MHz，使用增強(qiáng)型PWM波形發(fā)生器。使用4個(gè)通道PWM4-->P2.4，PWM5-->P2.5，PWM6-->P2.6，PWM7-->P2.7。程序流程①初始化設(shè)置PWMCKS、PWMC、PWMnT1、PWMnT2、PWMnCR。②啟動(dòng)PWM模塊工作。③4個(gè)通道輸出頻率1kHz，PWM4~PWM7占空比50%~80%，產(chǎn)生1kHz輸出頻率、主程序略。1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.3STM32F4微控制器外設(shè)實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)外設(shè)實(shí)現(xiàn)PWM的軟件流程：①選擇端口選擇通道。②選擇計(jì)數(shù)模式。③設(shè)置計(jì)數(shù)脈沖來源，設(shè)置計(jì)數(shù)器總線頻率，設(shè)置預(yù)分頻和自動(dòng)裝載值。④設(shè)置高（或低）電平的計(jì)數(shù)值。⑤啟動(dòng)PWM。注意的問題1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.3STM32F4微控制器外設(shè)實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)STM32F4的定時(shí)器的通道輸出可大體分為兩類輸出比較模式和PWM模式，都可以用來輸出PWM波。一個(gè)定時(shí)器如果用輸出比較模式，可以方便的調(diào)節(jié)每一路PWM波的頻率用PWM模式則這個(gè)定時(shí)器控制的多路PWM頻率只能同時(shí)調(diào)定時(shí)器的計(jì)數(shù)模式向下計(jì)數(shù)模式和中心對(duì)齊模式三種，Up/Down/Center。PWM模式有PWM1和PWM2TIM_OCPolarity極性有High和Low兩種常用PWM1+High的組合，即向上計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)值TIMx_CNT<TIMx_CCR（捕獲/比較寄存器）時(shí)輸出高電平。1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.3STM32F4微控制器外設(shè)實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)PWM輸出的是一個(gè)矩形信號(hào)，信號(hào)的頻率是由TIMx的時(shí)鐘頻率和TIMx_ARR預(yù)分頻器所決定的，而輸出信號(hào)的占空比則是由TIMx_CRRx寄存器確定的。通常先確定TIMx_ARR預(yù)分頻值，再確定TIMx的時(shí)鐘頻率，最后向CRR中填入適當(dāng)?shù)臄?shù)，可以輸出所需的占空比矩形信號(hào)。1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.4STM32F4微控制器實(shí)現(xiàn)2路互補(bǔ)PWM信號(hào)使用高級(jí)控制定時(shí)器（TIM8）生成PWM的編程流程：①使能定時(shí)器通道各個(gè)引腳端口時(shí)鐘。②對(duì)于高級(jí)控制定時(shí)器TIM8的各個(gè)通道引腳進(jìn)行初始化，配置好輸出模式和輸出速度。③根據(jù)HAL庫的函數(shù)進(jìn)行定時(shí)器的配置，包括周期、計(jì)數(shù)方向、預(yù)分頻等。④設(shè)置各個(gè)通道的電平跳變值，以及輸出通道和互補(bǔ)輸出通道的極性。⑤使能外設(shè)時(shí)鐘，調(diào)用函數(shù)輸出PWM。1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.4STM32F4微控制器實(shí)現(xiàn)2路互補(bǔ)PWM信號(hào)用TIM8定時(shí)器產(chǎn)生占空比30%互補(bǔ)的兩路PWM信號(hào)。APB2timer總線168MHz，設(shè)置預(yù)分頻168-1，計(jì)數(shù)值100-1，得10kHz周期頻率。設(shè)置兩個(gè)通道的計(jì)數(shù)值都是30-1，CH1，CH1Nploarity：High，Low（或相同）；CH2，CH2Nploarity。使能TIM8定時(shí)器，直接在端口可以獲得PWM信號(hào)。HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,

TIM_CHANNEL_1);

HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,

TIM_CHANNEL_2);

HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim8,

TIM_CHANNEL_1);

HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim8,

TIM_CHANNEL_2);

1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.5PWM控制基本斬波電路

降壓（Buck）電路升壓（Boost）電路Display是仿真時(shí)顯示負(fù)載電阻的電壓U0，占空比α為25%，Buck電路U0是

2.9904V，Boost電路U0是16.1785V。1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.5PWM控制基本斬波電路

降壓（Buck）電路升壓（Boost）電路

實(shí)驗(yàn)電路占空比84%1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)1.4.5PWM控制基本斬波電路

降壓（Buck）電路升壓（Boost）電路PWM信號(hào)除用于直流基本斬波電路控制開關(guān)器件外，其他直流斬波電路、交流斬波、功率因數(shù)校正電路等，都可以采用PWM信號(hào)控制，其控制方法與基本斬波電路的控制方法相同。1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)小結(jié)1. 脈沖寬度調(diào)制1.1 PWM信號(hào)1.2 PWM信號(hào)的產(chǎn)生方法1.3 微控制器開發(fā)的基本流程1.4 微控制器的PWM實(shí)現(xiàn)思考與練習(xí)串口重定向接受上位機(jī)信息編程產(chǎn)生2路互補(bǔ)PWM信號(hào)，按鍵可調(diào)脈寬電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐上篇 1. 脈沖寬度調(diào)制 2. 正弦波脈寬調(diào)制

3. 信號(hào)濾波 4. 反饋控制 5. 坐標(biāo)變換 6. 空間電壓矢量脈寬調(diào)制 下篇 7. 電力電子技術(shù)的PLECS仿真實(shí)驗(yàn) 8. 電力電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn) 電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐2. 正弦波脈寬調(diào)制

2.1 SPWM信號(hào)參數(shù) 2.2 SPWM生成方法 2.3 SPWM控制方案 2.4 SPWM的電路實(shí)現(xiàn) 2.5 STC8微控制器的SPWM實(shí)現(xiàn) 2.6 STM32F4微控制器的SPWM實(shí)現(xiàn) 2.1 SPWM信號(hào)參數(shù)2.2.1載波比N=fc/fr（載波頻率fc，調(diào)制信號(hào)頻率fr）異步調(diào)制同步調(diào)制分段同步調(diào)制2.2.2調(diào)制度M=Ur/Uc，通常情況下0<M≤12.2.3總諧波畸變率周期性交流量中諧波含量方均根值（即有效值）和其基波分量方均根值之比圖2-1SPWM原理圖PWM脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，為正弦波脈寬調(diào)制SPWM2.2 SPWM生成方法2.2.1面積等效法（計(jì)算法）按照面積相等的原理，通過積分等運(yùn)算解出各脈沖的寬度和間隔來生成SPWM第k個(gè)區(qū)間的脈沖寬度ΔkM為調(diào)制度N為一個(gè)周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)面積等效法，計(jì)算較繁瑣，計(jì)算量大，使用較少。2.2 SPWM生成方法2.2.2跟蹤法滯環(huán)比較方式滯環(huán)環(huán)寬△I對(duì)跟蹤性能有較大的影響。環(huán)寬過寬時(shí)，開關(guān)動(dòng)作頻率低，但跟蹤誤差增大。環(huán)寬過窄時(shí)，跟蹤誤差減小，但開關(guān)的動(dòng)作頻率過高，開關(guān)損耗隨之增大。電抗器L1可起到限制電流變化率的作用。。圖2-3電流跟蹤滯環(huán)比較控制原理圖和波形圖2.2 SPWM生成方法2.2.2跟蹤法三角波比較方式三角波比較方式不是參考信號(hào)和三角波直接比較產(chǎn)生PWM波形，而是電壓比較器比較三角波信號(hào)和(I-I_ref)信號(hào)，三角波為載波。電流跟蹤型三角波圖2-4電流跟蹤型三角波比較方式產(chǎn)生PWM原理圖2.2 SPWM生成方法2.2.3調(diào)制法自然采樣法規(guī)則采樣法對(duì)稱規(guī)則采樣法不對(duì)稱規(guī)則采樣法（1）自然采樣法在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開關(guān)器件的通斷圖2-5三角載波和正弦波比較產(chǎn)生SPWM的模型、波形圖自然采樣法原理2.2 SPWM生成方法（2）對(duì)稱規(guī)則采樣法以每個(gè)三角波的對(duì)稱軸（頂點(diǎn)對(duì)稱軸或低點(diǎn)對(duì)稱軸）所對(duì)應(yīng)的時(shí)間作為采樣時(shí)刻，過三角波的對(duì)稱軸與正弦波的交點(diǎn)，做平行t軸的平行線，該平行線與三角波的兩個(gè)腰的交點(diǎn)作為SPWM波“開”和“關(guān)”的時(shí)刻。圖2-6對(duì)稱規(guī)則采樣法對(duì)稱規(guī)則采樣法原理2.2 SPWM生成方法（3）不對(duì)稱規(guī)則采樣法每個(gè)載波周期采樣兩次，頂點(diǎn)、底點(diǎn)各一次，頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻t1、底點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻t2。采樣所形成的階梯波與三角波的交點(diǎn)并不對(duì)稱，因此稱其為不對(duì)稱規(guī)則采樣法。圖2-7不對(duì)稱規(guī)則采樣法不對(duì)稱規(guī)則采樣法原理對(duì)稱規(guī)則采樣法ton不對(duì)稱規(guī)則采樣法ton2.2 SPWM生成方法2.3 SPWM控制方案2.3.1單極性SPWM單極性SPWM所得的信號(hào)有正、負(fù)和0三種電平圖2-8單極性SPWM2.3 SPWM控制方案圖2-9單極性SPWM驅(qū)動(dòng)橋式逆變電路2.3 SPWM控制方案2.3.2雙極性SPWM信號(hào)電平極性有兩種：1和-1。2.3 SPWM控制方案圖2-11雙極性SPWM驅(qū)動(dòng)橋式逆變電路原理圖、驅(qū)動(dòng)信號(hào)2.3 SPWM控制方案2.3.3倍頻式SPWM將載頻倍頻輸入，形成倍頻式SPWM。倍頻式SPWM逆變電路指輸出電壓等效載波頻率fcp是逆變器件開關(guān)頻率fc的2倍。圖2-12倍頻式SPWM逆變電路原理圖和波形圖2.3 SPWM控制方案特點(diǎn)比較單極性SPWM①基波成分與調(diào)制波信號(hào)成線性關(guān)系。②不含載波諧波。③不含k為偶數(shù)次的諧波。④諧波出現(xiàn)在載波頻率附近。雙極性SPWM①在載波比足夠大，調(diào)制比小于1的時(shí)候，基波成分與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系。②不含偶數(shù)次載波諧波。③諧波出現(xiàn)在載波頻率整數(shù)倍頻率附近。倍頻SPWM①基波成分與調(diào)制波信號(hào)成線性關(guān)系。②不含載波諧波。③不含偶數(shù)次諧波。④諧波出現(xiàn)在載波頻率偶數(shù)倍頻率附近。2.3 SPWM控制方案2.3.4三相SPWM仿真模型

圖2-13三相SPWM逆變仿真電路模型2.3 SPWM控制方案2.3.4三相SPWMSPWM信號(hào)圖2-14三相正弦信號(hào)、三角載波信號(hào)、三個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)2.3 SPWM控制方案2.3.4三相SPWM逆變波形圖2-15逆變電路的相電壓波形、線電壓波形、線電壓的濾波后波形圖2.4 SPWM的電路實(shí)現(xiàn)專用的SPWM集成電路產(chǎn)生SPWM信號(hào)TDS4578、TDS2285等通用集成電路產(chǎn)生SPWM信號(hào)使用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦波與三角波相比較調(diào)制產(chǎn)生SPWM的逆變電路例電路包括多個(gè)模塊電路：正弦波發(fā)生電路、三角波發(fā)生電路、SPWM發(fā)生電路、反相延遲隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路、橋式電路、電源與插座電路。XR2206是單片函數(shù)發(fā)生器集成電路，能夠產(chǎn)生正弦、三角波，RP8、RP13調(diào)節(jié)工作頻率。RP4正弦波對(duì)稱性調(diào)整，RP5為THD調(diào)節(jié)，RP6為輸出幅值調(diào)節(jié)正弦波頻率2.4 SPWM的電路實(shí)現(xiàn)2.4 SPWM的電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)sin、載波tri與SPWM（分別為通道1、2、3），輸出電容C4兩端電壓波形為正弦波。調(diào)制信號(hào)約50Hz，三角載波頻率要遠(yuǎn)高于（10倍以上）調(diào)制信號(hào)頻率，三角載波頻率越高輸出正弦波的諧波幅值越小。圖2-17調(diào)制信號(hào)sin、載波tri與SPWM信號(hào)波形圖2.5 STC8微控制器的SPWM實(shí)現(xiàn)2.5.1STC8微控制器軟件模擬法產(chǎn)生SPWM信號(hào)硬件環(huán)境：使用STC8A8K64S4微控制器驗(yàn)證，12MHz系統(tǒng)工作頻率，端口P1.1輸出信號(hào)。微控制器默認(rèn)12T工作模式，每個(gè)計(jì)時(shí)脈沖時(shí)間12/12MHz=1μs。也可以設(shè)置AUXR=0x80，提高工作頻率，微控制器運(yùn)行在1T工作模式。定時(shí)器T0工作在16位定時(shí)模式1，不自動(dòng)重裝載，用于產(chǎn)生SPWM波形的定時(shí)。將每個(gè)載波周期內(nèi)的Tpwh、Tpwl依次寫入數(shù)組x[]、y[]，每個(gè)數(shù)組有24個(gè)值。2.5 STC8微控制器的SPWM實(shí)現(xiàn)2.5.1STC8微控制器軟件模擬法產(chǎn)生SPWM信號(hào)fc=Nfr=1200Hz，

Tc=1/(Nfr)=1/1200s,在12T模式工作模式下，高低電平T0計(jì)數(shù)值（周期）約834，用對(duì)稱規(guī)則采樣法的數(shù)學(xué)模型公式Tpwh、Tpwl計(jì)算TH0和TL0的值。TH0共24個(gè)值。軟件包括初始化、主程序、定時(shí)器中斷程序。①初始化程序完成定時(shí)器T0的設(shè)置。②主程序空循環(huán)。③定時(shí)中斷程序在中斷發(fā)生時(shí)，輸出端口電平翻轉(zhuǎn)，并按照x[]的值順序修改定時(shí)器的中斷值，直到所有x[]的值取完后從頭重復(fù)取值。程序（略）2.5 STC8微控制器的SPWM實(shí)現(xiàn)有誤差，只能用于頻率精度要求不高的場(chǎng)合。為減小誤差，可以修正x[]值、提高運(yùn)行頻率、或單獨(dú)使用另一個(gè)定時(shí)器提供載波周期等方法。圖2-18示波器測(cè)試SPWM波形圖2.5 STC8微控制器的SPWM實(shí)現(xiàn)2.5.2互補(bǔ)兩路帶死區(qū)的SPWM程序硬件環(huán)境：STC8A8K64S4微控制器，PWM發(fā)生器外設(shè)，10kHz載波頻率，50Hz信號(hào)頻率。P5.2端口接LED用于運(yùn)行指示，使用PWM3和PWM4，端口輸出P2.3和P2.4。微控制器晶振頻率24MHz，啟用PWM中斷。軟件模塊：①初始化程序完成T_SinTable[]賦值，PWM模塊等初始化程序。②main函數(shù)流程：串口初始化，PWM模塊初始化，開全局中斷，循環(huán)LED翻轉(zhuǎn)顯示。③PWM中斷函數(shù)流程：清除中斷標(biāo)志，查表T_SinTable[]取值，死區(qū)修正，賦值PWM，串口輸出PWM值，修改SPWM查表索引值至下一個(gè)數(shù)，用串口傳輸當(dāng)前的SPWM脈寬值，中斷返回。對(duì)稱規(guī)則采樣法對(duì)稱規(guī)則采樣法產(chǎn)生SPWM非對(duì)稱規(guī)則采樣法對(duì)稱規(guī)則采樣法產(chǎn)生SPWM135.

j=T_SinTable[PWM_Index];136. 137. PWM3T1H=0;

138. PWM3T1L=0;139. PWM4T1H=(u8)(j>>8);

140. PWM4T1L=(u8)j;

141. 142. j+=PWM_DeadZone;143.144. PWM3T2H=(u8)(j>>8);

145. PWM3T2L=(u8)j;146. PWM4T2H=0;147. PWM4T2L=PWM_DeadZone;

150.j=T2_SinTable[PWM_Index];151.if(PWM_Index==199)152.j2=T2_SinTable[0];153.else154.j2=T2_SinTable[(PWM_Index+1)];155.j+=j2;156.PWM3T1H=0;

157PWM3T1L=0;158.PWM4T1H=(u8)(j>>8);

159.PWM4T1L=(u8)j;

160. 161.j+=PWM_DeadZone;162. 163.PWM3T2H=(u8)(j>>8);

164.PWM3T2L=(u8)j;165.PWM4T2H=0;166.PWM4T2L=PWM_DeadZone2.5 STC8微控制器的SPWM實(shí)現(xiàn)2.5 STC8微控制器的SPWM實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)示波器儀器串口示波器圖2-20串口示波器測(cè)試的j變量波形2.5 STC8微控制器的SPWM實(shí)現(xiàn)2.5.3STC8微控制器三相SPWM波形程序硬件：STC8A8K64S4微控制器，工作頻率24MHz，產(chǎn)生帶死區(qū)正弦波調(diào)制三相SPWM互補(bǔ)波形，信號(hào)頻率50Hz，SPWM調(diào)制頻率10kHz。軟件：包括初始化程序，中斷程序，主程序。在中斷函數(shù)中用printf("%d,%d,%d\n",i,j,k)，打印(i，j，k)圖2-22串口示波器顯示i，j，k波形2.6 STM32F4微控制器的SPWM實(shí)現(xiàn)2.6.1STM32F4產(chǎn)生sin和tan信號(hào)硬件環(huán)境：使用型號(hào)STM32F407的微控制器，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率168MHz。程序流程：產(chǎn)生兩個(gè)相位相差120o的sin信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)tan信號(hào)并通過串口回傳上位機(jī)顯示。36.for(m=0;m<=628;m++)37.{39.u=tan(((float)(m))/100);40.v=sin(((float)(m)+209.33)/100);41.w=sin(((float)(m)-209.33)/100);42. 43.u1=(int)(u*10000);44.v1=(int)(v*10000);45.w1=(int)(w*10000);46.printf("%d,%d,%d\n",u1,v1,w1);47.}圖2-23串口示波器觀測(cè)到的波形2.6 STM32F4微控制器的SPWM實(shí)現(xiàn)2.6.2諧波注入法產(chǎn)生PWM信號(hào)硬件環(huán)境：使用型號(hào)STM32F407的微控制器，外部時(shí)鐘25MHz，內(nèi)部工作頻率168MHz