5Hz三档三相SPWM波形的生成方法

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1、5Hz三档三相SPWM波形的生成方法ProducingMethodofThree－phaseSPWMWave－forminUsedfor5Hz/50,60,70VPowerSupply航天工业总公司771研究所林建伟（西安710075）西安交通大学张锡赓史生计（西安710048）摘要：本文介绍5Hz/50V、60V、70V三档三相SPWM波形生成的硬件电路和软件设计，并给出逆变器的输出波形。关键词：逆变器软件设计给纺织机供电的一种5Hz变频电源，由于工作场合的不同，其输出电压分为50V、60V、70V三档。本文将着重讨论采用单片机8098为主控芯片生成这三档SPWM波形的硬

2、件电路和软件设计方法。　　SPWM的计算机实现，其原理仍然是基于正弦控制波与三角载波相交以确定开关器件通断时刻点。随着采样方式的不同，软件编程的方法也不同，而且还要结合硬件定时器的工作方式，因此其实现方法有多种多样。本文采用了利用高级语言按照规则采样法原理离线计算出对应脉宽数据，由8098单片机查表实现输出的方法，实现了逆变器输出三相线电压为50V、60V、70V三档5Hz低频正弦电压。1规则采样法原理　　由于正弦波与三角波的交点具有任意性，脉冲中心在一个周期内不是等距的，因此脉宽表达式是一个超越方程，不能用简单的解析式表达。为了简化计算工作量，使之便于工程实现，可以使脉冲

3、中心由不等距改为等距。在三角载波的某一固定点进行采样，来决定PWM波出现与结束的时刻，而不管这一时刻正弦波与三角波是否相交，工程实践证明由此带来的误差是完全可以忽略的。这样便有意消除了两个波形交点出现的任意性，算法就由不可解的超越方程变为可解的简单三角方程。〖1〗　　在本文中采用了工程上常见的基于规则采样技术和采样保持原理的PWM波形形成原理。其采样频率等于载波频率，在载波三角波正峰值处采样，脉冲总是对称于载波三角波的波谷，如图1所示。按照图2我们就可以求得三角波的每一时刻对应的脉宽t2。　　由于采样时刻和采样值都是明确定义的，因此脉冲宽度和前后沿位置均可计算得出。若载波三

4、角波幅度UTM定为1，控制正弦波幅度UC为M，三角的倾角为α，斜率为4/T2（T2为三角波周期），采样值为MsinωCt。由直角三角形OBB'和OCC'相似的几何关系可得比例式：(t2/2)/(T2/2)=(1＋MsinωCt)/2从而求得脉宽时间t2=T2(1＋MsinωCt)/2　　由脉冲波形的对称性可求得间隔时间：t1=t3=(T2－t2)/2=T2(1－MsinωCt)/4　　根据t1、t2、t3表达式即可完全确定正弦波一周期中各脉冲的出现与结束时刻。从图1图形上看，规则采样法实际上是用一系列阶梯状台阶波形来逼近正弦波，因此，载波频率ωC越高，即采样点越多，精度越高

5、。　　对于三相逆变器，因三相对称互差120°相位角，因而有〖2〗：t2a=T2(1＋MsinωCt)/2t2b=T2[1＋Msin(ωCt－120°)]/2t2c=T2[1＋Msin(ωCt＋120°)]/2且：t2a＋t2b＋t2c=3T2/2t1a＋t1b＋t1c=t3a＋t3b＋t3c=3T2/42采样8098实现SPWM波图1规则采样法PWM波形图2PWM波的规则取样法2.1硬件电路　　选择8098单片机HSO0、HSO1、HSO2输出三路SPWM波，经图3裂相延时整形互锁电路后得到6路SPWM信号。这样采用了硬件电路进行裂相并由硬件电路进行延时产生死区时间，使得逆

6、变器同一桥臂上的功率开关完成先关断后开通的死区控制逻辑，并且避免了由于软件失误而造成的直通事故，从而使得驱动电路的SPWM信号本身具有极好的可靠性。图3裂相延时整形互锁电路　　死区时间的大小主要由以下几方面决定：驱动电路在开通和关断两种模式工作时，信号传递延迟时间有差异；逆变器桥臂上下两功率开关器件的驱动不可能达到完全一致；功率器件不是理想开关，其开通和关断都有延时且不等。　　因此，要综合这几个因素来确定死区时间的长短，并给予一定的余量，总之要充分估计导通时控制信号到功率管开通的最小延迟时间tonmin和关断时控制信号到功率管关断的最大延迟时间toffmax。则死区时间可以

7、定为toffmax－tonmin。实际中则取死区时间略大于toffmax。　　本文采用IGBT作逆变器的功率开关管和EXB841驱动模块，EXB841最大延迟时间为1.5μs,IGBT一般不超过期3μs，因此本文死区时间定为5μs。　　下面对图3的电路原理及以参数的确定进行分析。可以认为在比较器上不存在信号延迟。由于本电路采用LM339，其输出为OC输出，输入阻抗很大。图4为图3电路中各点波形。电位器RP抽头的电位为四个比较器的比较电压UR。考虑到HSO输出电流小，因此A1作缓冲器，B1作倒相器。电压UA1及UB1