【工程師6】+實踐類+單極性PSWM調制電路實驗裝置測評

第一部分原理

SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。在采樣控制理論中有一個重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。SPWM法就是以該結論為理論基礎，用脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區間內的面積相等，通過改變調制波的頻率和幅值則可調節逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。根據調制脈沖的極性，SPWM分為雙極性調制和單極性調制兩大類。本實驗裝置采用單相橋式SPWM逆變裝置，電路如圖1所示：

圖1 單相橋式逆變電路

1.雙極性調制

在雙極性調制方式中，開關T1、T4和T2、T3總是成對互補的，即T1、T4為導通信號時T2、T3是關斷信號。控制信號的產生為：一條等腰三角形波與一條正弦波進行比較，當正弦信號大于三角信號時，T1、T4為通，T2、T3是斷；反之T1、T4為斷，T2、T3是通。電路的輸出電壓在其半個周期內，電壓極性有正有負，如圖2所示。

圖2 雙極性調制波形

2.單極性控制

單極性調制是用一條等腰三角波與兩條幅值及頻率相同但相位相差180°的正弦波進行比較，分別得到兩個橋臂開關的通斷時刻，如圖3所示。兩個橋臂是分開控制的，同一個橋臂上的兩個開關在控制上仍然互補，但T1、T4和T2、T3不一定成對同時動作。電路輸出電壓波形如圖4所示。

圖3 單極性控制原理圖

圖4 單極性調制波形

二、SVPWM基本原理

交流電動機需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電動機空間形成圓形旋轉磁場，從而產生恒定的電磁轉矩，如圖5所示。把逆變器和交流電動機視為一體，以圓形旋轉磁場為目的來控制逆變器的工作，這種控制方法稱為“磁鏈跟蹤控制”，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量來實現的，所以又稱為“電壓空間矢量PWM（space vector PWM , SVPWM）控制”。本實驗裝置利用英飛凌單片機，采用編程的方法產生SVPWM調制波。

圖5 電壓空間矢量圖

第二部分實現方法

一、AD9833芯片簡介

AD9833芯片是可編程波形發生器,能夠產生正弦波、三角波、方波輸出。波形發生器廣泛應用于各種測量、激勵和時域響應領域,AD9833無需外接元件,輸出頻率和相位都可通過軟件編程,易于調節,頻率寄存器是28位的,主頻時鐘為25MHz時,精度為0.1Hz,主頻時鐘為1MHz時,精度可以達到0.004Hz。

AD9833具有一個標準三線式串行接口，并且與SPI、QSPI?、MICROWIRE®、DSP接口標準兼容。數據在串行時鐘SCLK的控制下載入器件，16比特一個字。這種操作的時序圖見圖6。可以通過這3個串行接口將數據寫入AD9833。FSYNC輸入是電平觸發輸入，用作幀同步和芯片使能。僅當FSYNC處于低電平時，才可將數據傳輸至器件。要開始串行數據傳輸，應將FSYNC拉低，并注意FSYNC至SCLK下降沿建立時間t7的最小值。FSYNC變為低電平后，串行數據即會在16個時鐘脈沖的SCLK下降沿移入器件的輸入移位寄存器。可在SCLK的第16個下降沿后將FSYNC拉高，并注意SCLK下降沿至FSYNC上升沿時間t8的最小值。或者，FSYNC可以在16倍數個SCLK脈沖期間保持低電平，然后在數據傳輸結束時變為高電平。這樣，在FSYNC保持低電平期間，可以連續流形式載入16位字；FSYNC僅在載入最后一個字的第16個SCLK下降沿之后變為高電平。SCLK可以是連續的，也可以在寫操作期間置于高電平或低電平空閑狀態。無論何種情況，當FSYNC變為低電平(t11)時，SCLK都必須處于高電平。