【工程师6】+实践类+单极性PSWM调制电路实验装置测评

第一部分原理

SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。在采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。根据调制脉冲的极性，SPWM分为双极性调制和单极性调制两大类。本实验装置采用单相桥式SPWM逆变装置，电路如图1所示：

图1 单相桥式逆变电路

1.双极性调制

在双极性调制方式中，开关T1、T4和T2、T3总是成对互补的，即T1、T4为导通信号时T2、T3是关断信号。控制信号的产生为：一条等腰三角形波与一条正弦波进行比较，当正弦信号大于三角信号时，T1、T4为通，T2、T3是断；反之T1、T4为断，T2、T3是通。电路的输出电压在其半个周期内，电压极性有正有负，如图2所示。

图2 双极性调制波形

2.单极性控制

单极性调制是用一条等腰三角波与两条幅值及频率相同但相位相差180°的正弦波进行比较，分别得到两个桥臂开关的通断时刻，如图3所示。两个桥臂是分开控制的，同一个桥臂上的两个开关在控制上仍然互补，但T1、T4和T2、T3不一定成对同时动作。电路输出电压波形如图4所示。

图3 单极性控制原理图

图4 单极性调制波形

二、SVPWM基本原理

交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩，如图5所示。把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目的来控制逆变器的工作，这种控制方法称为“磁链跟踪控制”，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量来实现的，所以又称为“电压空间矢量PWM（space vector PWM , SVPWM）控制”。本实验装置利用英飞凌单片机，采用编程的方法产生SVPWM调制波。

图5 电压空间矢量图

第二部分实现方法

一、AD9833芯片简介

AD9833芯片是可编程波形发生器,能够产生正弦波、三角波、方波输出。波形发生器广泛应用于各种测量、激励和时域响应领域,AD9833无需外接元件,输出频率和相位都可通过软件编程,易于调节,频率寄存器是28位的,主频时钟为25MHz时,精度为0.1Hz,主频时钟为1MHz时,精度可以达到0.004Hz。

AD9833具有一个标准三线式串行接口，并且与SPI、QSPI™、MICROWIRE®、DSP接口标准兼容。数据在串行时钟SCLK的控制下载入器件，16比特一个字。这种操作的时序图见图6。可以通过这3个串行接口将数据写入AD9833。FSYNC输入是电平触发输入，用作帧同步和芯片使能。仅当FSYNC处于低电平时，才可将数据传输至器件。要开始串行数据传输，应将FSYNC拉低，并注意FSYNC至SCLK下降沿建立时间t7的最小值。FSYNC变为低电平后，串行数据即会在16个时钟脉冲的SCLK下降沿移入器件的输入移位寄存器。可在SCLK的第16个下降沿后将FSYNC拉高，并注意SCLK下降沿至FSYNC上升沿时间t8的最小值。或者，FSYNC可以在16倍数个SCLK脉冲期间保持低电平，然后在数据传输结束时变为高电平。这样，在FSYNC保持低电平期间，可以连续流形式载入16位字；FSYNC仅在载入最后一个字的第16个SCLK下降沿之后变为高电平。SCLK可以是连续的，也可以在写操作期间置于高电平或低电平空闲状态。无论何种情况，当FSYNC变为低电平(t11)时，SCLK都必须处于高电平。