5Hz三檔三相SPWM波形的生成方法

摘要：本文介紹5Hz/50V、60V、70V三檔三相SPWM波形生成的硬件電路和軟件設計，并給出

逆變器的輸出波形。

關鍵詞：逆變器軟件設計

給紡織機供電的一種5Hz變頻電源，由于工作場合的不同，其輸出電壓分為50V、60V、70V三檔。本文將著重討論采用單片機8098為主控芯片生成這三檔SPWM波形的硬件電路和軟件設計方法。

　　SPWM的計算機實現，其原理仍然是基于正弦控制波與三角載波相交以確定開關器件通斷時刻點。隨著采樣方式的不同，軟件編程的方法也不同，而且還要結合硬件定時器的工作方式，因此其實現方法有多種多樣。本文采用了利用高級語言按照規則采樣法原理離線計算出對應脈寬數據，由8098單片機查表實現輸出的方法，實現了逆變器輸出三相線電壓為50V、60V、70V三檔5Hz低頻正弦電壓。

1規則采樣法原理

　　由于正弦波與三角波的交點具有任意性，脈沖中心在一個周期內不是等距的，因此脈寬表達式是一個超越方程，不能用簡單的解析式表達。為了簡化計算工作量，使之便于工程實現，可以使脈沖中心由不等距改為等距。在三角載波的某一固定點進行采樣，來決定PWM波出現與結束的時刻，而不管這一時刻正弦波與三角波是否相交，工程實踐證明由此帶來的誤差是完全可以忽略的。這樣便有意消除了兩個波形交點出現的任意性，算法就由不可解的超越方程變為可解的簡單三角方程?！?〗

　　在本文中采用了工程上常見的基于規則采樣技術和采樣保持原理的PWM波形形成原理。其采樣頻率等于載波頻率，在載波三角波正峰值處采樣，脈沖總是對稱于載波三角波的波谷，如圖1所示。按照圖2我們就可以求得三角波的每一時刻對應的脈寬t2。

　　由于采樣時刻和采樣值都是明確定義的，因此脈沖寬度和前后沿位置均可計算得出。若載波三角波幅度UTM定為1，控制正弦波幅度UC為M，三角的傾角為α，斜率為4/T2（T2為三角波周期），采樣值為MsinωCt。由直角三角形OBB'和OCC'相似的幾何關系可得比例式：

(t2/2)/(T2/2)=(1＋MsinωCt)/2

從而求得脈寬時間t2=T2(1＋MsinωCt)/2

　　由脈沖波形的對稱性可求得間隔時間：

t1=t3=(T2－t2)/2=T2(1－MsinωCt)/4

　　根據t1、t2、t3表達式即可完全確定正弦波一周期中各脈沖的出現與結束時刻。從圖1圖形上看，規則采樣法實際上是用一系列階梯狀臺階波形來逼近正弦波，因此，載波頻率ωC越高，即采樣點越多，精度越高。

　　對于三相逆變器，因三相對稱互差120°相位角，因而有〖2〗：

t2a=T2(1＋MsinωCt)/2

t2b=T2[1＋Msin(ωCt－120°)]/2

t2c=T2[1＋Msin(ωCt＋120°)]/2

且：t2a＋t2b＋t2c=3T2/2

t1a＋t1b＋t1c=t3a＋t3b＋t3c=3T2/4

2采樣8098實現SPWM波

圖1規則采樣法PWM波形

圖2PWM波的規則取樣法