機車空調逆變電源控制系統及其實現

2.2 SPWM脈寬調制信號的產生

實行SPWM脈寬調制時，在一個調制信號（正弦波）周期內所包含的三角載波的個數稱為載波頻率比N（亦即載波比）。在變頻過程中，即調制信號周期變化過程中，每個調制信號周期內載波個數不變的調制稱為同步調制，載波個數相應變化的調制稱為異步調制。同步調制在輸出頻率很低時，由于相鄰兩脈沖間的間距增大，諧波會顯著增加，使負載電機產生較大的脈動轉矩和較強的噪聲，發熱量增加；另外，這種調制由于載波周期隨調制波周期連續變化而變化，在利用微處理機進行數字化技術控制時，帶來極大不便，難以實現。為此，本逆變器采用異步調制原理，避免了上述現象的發生。

在實際工程中，為方便單片機控制，采用查表法生成SPWM脈寬調制信號。應用工程軟件Matlab編程計算所需正弦表，將一個周期正弦波分成4096個數據，預先存入單片機存儲區中。由MCP4定時器產生周期溢出中斷，并在該中斷的中斷服務程序中讀取正弦表中的一個數據點，每次查表后正弦表指針加1，滿周期后循環查詢，一個MCP4定時器周期等于一個SPWM載波周期。根據沖量等效原理(大小、波形不同的窄脈沖變量作用于慣性系統時，只要它們的沖量即變量對時間的積分相等，其作用效果基本相同)可知，載波頻率越高，逆變器輸出SPWM波諧波含量越小，越接近正弦波。但是載波頻率受開關器件（IPM）本身開關能力的限制，開關頻率越高，器件發熱量越大。綜合考慮器件開關損耗和輸出波形質量的要求，通過設置定時器周期寄存器（P_TMR4_TPR）確定一個載波周期為6000個系統周期，若系統時鐘頻率為24M，則載波周期為4K。單片機定時查詢CAN總線傳來的頻率給定信號，計算出查正弦表時所用的步進值（查表時所用的步進值越大，輸出SPWM波形頻率越高）。查表所得值被載入比較匹配寄存器（P_TMR4_TGRA、P_TMR4_TGRB、P_TMR4_TGRC），與定時器計數寄存器值比較輸出不同脈寬的調制波，具體原理如圖2所示，當定時器計數寄存器計數值（P_TMR0_TCNT）與比較匹配寄存器（P_TMR0_TGRA）值相等時輸出信號產生電平 翻轉。查表時A、B、C三相通過引入數據表地址指針偏移量實現三相互差波形輸出。

圖2 脈寬比較輸出原理圖

通過定時查詢CAN總線傳來的工作模式給定信號，逆變器可輸出不同頻率的SPWM波，準確控制空調機組工作模式。逆變器輸出波形如圖3、圖4所示。

圖3 未濾波逆變器輸出波形