基于DSP的SVPWM的兩種開關模式研究
姬宣德，布挺
(洛陽理工學院，河南洛陽47l0003)
摘要：簡要介紹了sVPwM技術基本原理，并詳細討論了sVPwM技術的兩種開關模式；分析了硬件開關模式的特點；實驗結果表明硬件開關模式好于軟件開關模式。
關鍵詞：sVPwM；軟件開關模式；硬件開關模式；DsP
中圖分類號：TM34 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2lIIl8)06—0046—02
0引 言
隨著電力電子技術的發展，PwM逆變器在電氣傳動中得到了越來越廣泛的應用。通過控制開關管門極的通斷狀態，PwM逆變器可以控制輸出電壓的頻率和幅值。全數字式PwM逆變器的關鍵問題是如何實時地得到PwM開關信號。在眾多的脈寬調制技術中，sVPwM是一種優化的PwM技術，能明顯減小逆變器輸出電流的諧波成分及電動機的諧波損耗，降低脈沖轉矩，且其控制簡單，數字化實現方便，電壓利用率高，已有取代傳統sPwM的趨勢。在電機控制中，由于電機的電氣時間常數較小，一般的微控制器不能滿足要求。所以，在變頻調速控制領域應用數字信號處理器DSP，可使系統向高可靠性、高性能和維護方便的全數字方向發展。數字信號處理器DSP強大的實時處理能力和運算能力，使得數字化PWM有了更為廣闊的應用前景。
1 sVPwM調制的基本原理
1 l基本原理
從參考文獻[6]可以知道，矢量脈寬調制技術(sVPwM)是從電動機的角度出發，把電機和PwM逆變器看成一體，著眼于如何使電動機獲得幅值恒定的圓形磁鏈為目標，它以三相對稱正弦電壓供電時交流電動機的理想磁鏈圓為基準，即逆變器不同的開關模式產生的磁鏈來逼近基準磁鏈圓形，從而達到較高的控制性能。180。導通電壓型逆變器有八種開關模式，分別對應著八個矢量，其中六個有效電壓矢量和兩個零電壓矢量。SVtPWM的目標就是通
過控制這些基本矢量的組合，使電壓矢量按一定的規律圓形旋轉。
1．2 T1與T2的確定
T1與T2的確定可以參考文獻[6]得到：
式中：Tp為載波周期；kp為調制度。式(1)求出了電壓矢量作用時間的相對值，只要知道載波周期咒就可以求出電壓矢量的作用時間T1與T2。
2 sVPwM開關模式
利用DSP實現sVPwM的開關方式有兩種，一種是硬件開關模式，另一種是軟件開關模式。無論哪一種方式，在每個載波周期中必須解決Ux、Ux+60o、U000、U111的開關次序問題。不同的開關方式將產生不同的調制輸出波形。軟件開關模式是利用DSP的通用比較功能產生sVPwM波形；而硬件開關模式是利用DsP內嵌的空間矢量狀態機硬件模塊產生sVPwM波形。
2．1軟件開關模式
軟件開關模式可以參考文獻[6]，在文獻[6]中，給出了軟件開關模式的開關順序表，由于在DsP中沒有專門硬件來支持此方法，所以必須把svP- wM的計算結果(矢量選擇和作用時間)轉化成每相管腳對應的脈寬作用時間，再分配到相應的比較寄存器。
2．2硬件開關模式
表1給出了硬件開關模式的開關順序表，在TMS320LF2407的事件管理器中有專門的硬件(空間矢量狀態機)來支持此方法，只需把主矢量填入比較方式控制寄存器(AcTRA／B)中的基本空間矢量位、把主輔矢量的作用時間T1、T2填人比較單元的比較寄存器(cMPRl、cMPR2／cMPH4、cMPR5)，就可以實現sVPwM。
這種開關模式可以用Ux-Ux+60o-U111/000-U111/000-Ux+60o-Ux表示，這里x可以為O。、60。、120。、180。、240。、300。，以z=0。為例，可以畫出硬件開關模式下的開關序列和逆變器三相電壓波形，如圖l所示。通過表l和圖1可以看出，主輔矢量作用時間的順序不用改變就可以滿足開關損耗最小原則。
3硬件開關模式的軟件設計
軟件設計因開關模式的不同而有所區別。尤其是中斷服務子程序部分。軟件開關模式下的中斷服務子程序可以參考文獻[6]，圖2是硬件開關模式下的中斷服務子程序，從圖中可以看出，在軟件開關模式下的算法要比硬件開關模式下的算法復雜。從參考文獻[6]可以看出，軟件開關模式在根據式(3)確定t1，t2之后，利用式(4)和查表(2)確定Ta、Tb
Tc需要設置三個比較寄存器；而本文中硬件開關模式在根據式(1)確定T1，T2之后，利用區間s設置比較方式控制寄存器(AcTRA)中的基本空間矢量位，只需設置兩個比較寄存器。因此硬件開關模式下SVt，wM實現比較簡單。
4實驗結果分析
圖3是按照軟件開關模式對PWM管腳濾波后生成的相電壓和線電壓波形(中間波形為線電壓波形)。從圖中可以看出相電壓波形類似馬鞍波，與sPwM中加上三次諧波的波形很相似；圖4是按照硬件開關模式對PwM波形濾波后生成的相電壓和線電壓波形(中間波形為線電壓波形)。從圖中可以看出相電壓波形有1／3周期時間，或處于****或處于****，因此大大降低了開關頻率。從圖3和圖4中可以看出兩種模式下的線電壓波形是一樣的。圖5和圖6分別是軟件開關模式和硬件模式下的定子電流。比較電流波形發現，軟件開關模式下電流波形諧波略少于硬件開關模式下相電流波形，但犧牲開關頻率為代價(軟件開關模式的開關頻率大于硬件開關模式開關頻率l／3倍)。
綜合比較可以看出，硬件開關模式要優越于軟
(1)硬件開關模式合成一個新矢量，只需軟件開關模式開關頻率的2／3倍，大大降低開關損耗；
(2)內嵌sVPwM狀態機完成了很多工作，減少了軟件工作量；
(3)同樣中斷周期Tp下，由于軟件開關模式使零矢量拆分成更細的等分，最終電流諧波好于硬件開關模式，但是以高的開關頻率為代價；
(4)當同等開關頻率條件時，硬件開關模式可以具有更短的中斷周期Tp，電機電流諧波好于軟件開關模式(軟件開關模式的開關頻率等于硬件開關模式的開關頻率)。
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