一種基于DSP的新型單相PWM算法研究

脈寬調制(Pulse-Width Modulation，PWM)技術(shù)在電力電子領(lǐng)域的應用極其廣泛。PWM模式是決定逆變器輸出電壓特性的根本。性能優(yōu)越的PWM模式可以使逆變器具有良好的輸出特性。由傅里葉分析可知，不對稱(chēng)波形會(huì )帶來(lái)大量低次諧波、偶次諧波以及余弦項。因此PWM脈沖波形的對稱(chēng)性對輸出特性有很大影響。
PWM的實(shí)現方法一般有兩種：比較法和計算法。隨著(zhù)數字技術(shù)的迅速發(fā)展和計算機功能的提高，計算法以其方便靈活的特點(diǎn)成為PWM實(shí)現方法的主流。采用計算法實(shí)現PWM時(shí)，按照每個(gè)載波周期內調制波的取法，可以分為規則采樣PWM和自然采樣PWM。其中，采用規則采樣法，計算簡(jiǎn)單，占用系統軟件資源較少，因而應用比較廣泛；但是由規則采樣法計算出的PWM波形，在系統載波頻率較低時(shí)，輸出精度差，并且在計算時(shí)需要通過(guò)查表確定計算結果，所以并不能保證其波形的對稱(chēng)性，諧波含量也會(huì )因為波形的不對稱(chēng)而增加。
對于調制類(lèi)PWM，有三種方式：同步調制，異步調制，分段同步調制三種方式。同步調制雖然可以在調制波頻率變化的所有范圍內，載波與調制波的相位相同， PWM波形一直保持對稱(chēng)，輸出諧波的低次諧波可以得到消除。但是在載波頻率變化范圍大時(shí)，電力電子器件的開(kāi)關(guān)頻率變化范圍大，在低頻時(shí)，將給系統引入大量較低頻率的諧波。異步調制的優(yōu)點(diǎn)在于載波頻率在調速過(guò)程中載波不變，高次諧波對系統的影響基本固定，可以彌補同步調制的缺點(diǎn)。但是異步調制無(wú)法在大部分頻率點(diǎn)上都保證調制波與載波相位相對的固定，出現不對稱(chēng)波形，會(huì )給系統引入大量的低次諧波、偶次諧波和余弦項。分段同步調制可以綜合以上兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，但在波比切換時(shí)可能出現電壓突變，甚至震蕩。基于以上理論，本文提出一種新的PWM算法，可以在異步調制下，使PWM波形在T／2周期內始終保持關(guān)于T／4 周期的完全對稱(chēng)。

1 PWM算法原理
在用數字化控制技術(shù)產(chǎn)生PWM脈沖時(shí)，三角載波實(shí)際上是不存在的，完全由軟件及硬件定時(shí)器代替，圖1為三角載波的產(chǎn)生原理(Ttimer為定時(shí)器的值)。 PWM脈沖的產(chǎn)生機理為：定時(shí)器重復按照PWM周期進(jìn)行計數。比較寄存器用于保持調制值，比較寄存器中的值與定時(shí)器計數器的值相比較，當兩個(gè)值匹配時(shí)， PWM輸出就會(huì )跳變；當兩個(gè)值產(chǎn)生二次匹配或者一個(gè)定時(shí)器的周期結束時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生第二次輸出跳變。通過(guò)這種方式就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)周期與比較寄存器值成比例的脈沖信號。在比較單元中重復完成計數、匹配輸出的過(guò)程，產(chǎn)生PWM信號，如圖2所示。

基于數字化控制技術(shù)產(chǎn)生PWM脈沖的這種特點(diǎn)，利用本文提出的算法，可以實(shí)現在任何頻率下產(chǎn)生完全對稱(chēng)的PWM波形。其原理為：根據三角載波頻率及DSP 系統時(shí)鐘頻率確定定時(shí)器周期，利用數學(xué)計算方法，將形成載波的定時(shí)器周期等分，均分后所得到的數作為脈寬增量單元，隨時(shí)間遞增。脈寬以脈寬增量為單元成比例地增加或減少。