機車(chē)空調逆變電源控制系統及其實(shí)現

2.2 SPWM脈寬調制信號的產(chǎn)生

實(shí)行SPWM脈寬調制時(shí)，在一個(gè)調制信號（正弦波）周期內所包含的三角載波的個(gè)數稱(chēng)為載波頻率比N（亦即載波比）。在變頻過(guò)程中，即調制信號周期變化過(guò)程中，每個(gè)調制信號周期內載波個(gè)數不變的調制稱(chēng)為同步調制，載波個(gè)數相應變化的調制稱(chēng)為異步調制。同步調制在輸出頻率很低時(shí)，由于相鄰兩脈沖間的間距增大，諧波會(huì )顯著(zhù)增加，使負載電機產(chǎn)生較大的脈動(dòng)轉矩和較強的噪聲，發(fā)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(jìn)行數字化技術(shù)控制時(shí)，帶來(lái)極大不便，難以實(shí)現。為此，本逆變器采用異步調制原理，避免了上述現象的發(fā)生。

在實(shí)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(gè)周期正弦波分成4096個(gè)數據，預先存入單片機存儲區中。由MCP4定時(shí)器產(chǎn)生周期溢出中斷，并在該中斷的中斷服務(wù)程序中讀取正弦表中的一個(gè)數據點(diǎn)，每次查表后正弦表指針加1，滿(mǎn)周期后循環(huán)查詢(xún)，一個(gè)MCP4定時(shí)器周期等于一個(gè)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(shí)，只要它們的沖量即變量對時(shí)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(kāi)關(guān)器件（IPM）本身開(kāi)關(guān)能力的限制，開(kāi)關(guān)頻率越高，器件發(fā)熱量越大。綜合考慮器件開(kāi)關(guān)損耗和輸出波形質(zhì)量的要求，通過(guò)設置定時(shí)器周期寄存器（P_TMR4_TPR）確定一個(gè)載波周期為6000個(gè)系統周期，若系統時(shí)鐘頻率為24M，則載波周期為4K。單片機定時(shí)查詢(xún)CAN總線(xiàn)傳來(lái)的頻率給定信號，計算出查正弦表時(shí)所用的步進(jìn)值（查表時(shí)所用的步進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)輸出信號產(chǎn)生電平 翻轉。查表時(shí)A、B、C三相通過(guò)引入數據表地址指針偏移量實(shí)現三相互差波形輸出。

圖2 脈寬比較輸出原理圖

通過(guò)定時(shí)查詢(xún)CAN總線(xiàn)傳來(lái)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