戊狗图片:基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的三相ＳＰＷＭ波的实现--xhat的笔记

基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的三相ＳＰＷＭ波的实现 摘要：针对SPWM波调制在逆变变频电源中的广泛应用，介绍了采用高性能数字信号处理器(DSP)TMS320F2812的片内外设事件管理器的功能生成三相SPWM波的方法，给出了整个程序流程图,主要功能程序源码和实验结果。该方法采用不对称规则采样算法，程序实现主要采用查表法。实验结果表明，该方法简既能满足一定控制精度要求，又能满足实时性要求，可以很好地控制115V/400Hz逆变电源的输出。
　　关键词：DSP；TMS320F2812；SPWM；采样法；逆变电源
　　中图分类号：TN914文献标识码：B
　　文章编号：1004373X(2008)0313103
　　RealizationofThree—phaseVoltageSourceSPWMonTMS320F2812
　　YUANLi1,LIBin1,JIANGZaifang2
　　(1.FacultyofElectricalEngineeringandInformationTechnology,HebeiUniversityofScienceandTechnology,Shijiazhuang,050054,China)
　　2.FacultyofInformationEngineeringandAutomation,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,650224,China)
　　Abstract：ThepaperaimsattheapplicationofSPWMintheinverterpowersupplyandintroducesthemethodforgeneratingSPWMwaveformbyusingTMS320F2812eventmanager.Theflowchart,soundcodeandexperimentalresultsareprovided.Thedissymmetricalsamplingalgorithmandlooking—uptableareused.Experimentshowsthatthemethodcanmeetthecontrolprecisionandthereal—time.Itcancontroltheoutputvoltageofthe115V/400Hzinverterpowersupply.
　　Keywords：DSP;TMS320F2812;SPWM;samplingalgorithm;inverterpowersupply
　　
　　1引言
　　
　　SPWM技术目前已经在实际中得到非常普遍的应用，尤其在逆变电路中的应用最为广泛，经过长期的发展，大致可分成电压SPWM、电流SPWM和电压空间矢量SPWM。其中电压和电流SPWM是从电源角度出发的SPWM,而电压空间矢量SPWM是从电动机角度出发的SPWM。
　　本文以400Hz三相逆变电源的研发为依托，介绍利用TMS320F2812生成电压SPWM的技术。产生电压SPWM波的方法可分为硬件法和软件法两类，硬件法最实用的是采用专用集成电路，如SA4828,HEF4752,SLE4520等，软件法是使电路成本最低的方法，他通过实时计算来生成SPWM波，实时计算对控制器的运算速度要求非常高，高性能的DSP(数字信号处理器)无疑是能满足这一要求的性价比最理想的选择。
　　
　　2SPWM基本原理
　　
　　PWM(PulseWidthModulation)控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形。SPWM波形(SinusoidalPWM)就是脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。
　　产生SPWM波的原理是：用一组等腰三角波与一个正弦波进行比较，其相交的时刻(即交点)作为开关管“开”或“关”的时刻，这组等腰三角形波称为载波，而正弦波称为调制波，如图1所示。正弦波的频率和幅值是可控制的，改变正弦波的频率，就可以改变电源输出电压的频率，改变正弦波的幅值，也就改变了正弦波与载波的交点，使输出脉冲系列的宽度发生变化，从而改变电源输出电压的大小。
　　图1SPWM波生成方法
　　
　　3软件设计
　　
　　3.1TMS320F2812的事件管理器模块
　　TMS320F2812是TI公司推出的高速数字信号处理芯片，器件上集成了多种先进的外设，为电机及其他运动控制领域应用的实现提供了良好的平台，控制生成SPWM主要利用的是片上的事件管理器模块(EVA和EVB)，该模块具有以下主要功能：
　　(1)5个独立的PWM输出，其中3个由比较单元产生，2个由通用定时器产生。另外还有3个由比较单元产生的PWM互补输出；
　　(2)由比较单元产生的PWM死区可编程；
　　(3)能够产生可编程的非对称、对称和空间矢量PWM波形；
　　(4)比较寄存器和周期寄存器可自动装载，减少CPU的开销。
　　
　　3.2SPWM波的生成
　　3.2.1总体思路
　　本文利用的是EVA模块，当定时器T1处于连续递增/递减计数模式时，计数寄存器(T1CNT)中的数值的变化轨迹就是等腰三角形，也就相当于产生了一系列的等腰三角形波，当比较寄存器(CMPRx，x=1,2,3)中的值与计数寄存器中的值相等时，对应的引脚(PWMx,x=1,2,3,4,5,6)上的电平就会发生跳变，从而输出一系列的等高的方波信号，如图2所示。至于输出的方波的宽度，就和比较寄存器中的值一一对应，因此，只要使比较寄存器中的值按正弦规律变化，就可以得到SPWM波形。
　　图2在连续递增/递减模式下的PWM输出
　　3.2.2算法分析
　　通过实时计算生成电压SPWM需要数学模型，建立数学模型的方法有多种，比如谐波消去法、等面积法、采样型SPWM法以及他们派生出来的各种方法。本文介绍的生成SPWM波采用的是不对称规则采样法，不对称规则采样法是用阶梯波去逼近正弦波，每个载波周期内采样两次，既在三角波的顶点对称轴位置采样，又在三角波的底点对称轴位置采样，由于这样采样所形成的阶梯波与三角波的交点不对称，故称其为不对称规则采样法，如图3所示。此法所形成的阶梯波与正弦波的逼近程度大大提高，所以谐波分量的幅值更小，在实际中得到了较多的应用。
　　图3中所示，Us是三角载波峰值,Tc是三角载波周期，t1和t2分别是两次采样时刻，他们决定了SPWM波上的“开”、“关”时间分别是ton1,toff1和ton2,toff2。根据三角形相似关系式推导可得：
　　
　　式中M=UM/US,即正弦波峰值与三角波峰值之比，M称为调制度。N=fc/f=1/(Tcf)，即三角波频率fc与正弦波频率f之比，N称为载波比。k为偶数时代表顶点采样，k为奇数时代表底点采样。以上是生成单相SPWM波的数学模型，要生成三相SPWM波，必须使用三条正弦波和同一条三角波求交点，三相正弦波依次相差120°，所以在顶点采样时三相的脉宽分别是：
　　[newpage]　　
　　图3不对称规则采样法生成SPWM波
　　3.2.3程序流程图
　　程序有主程序和定时器下溢中断子程序组成，主程序是一个无限循环结构，他的主要工作是系统的初始化,根据中断子程序中给出的比较寄存器的值生成SPWM波。流程图如图4所示。中断子程序的主要功能是计算比较寄存器的值，流程图如图5所示。
　　3.2.4程序编写
　　本例程的载波频率为12kHz,调制波频率为400Hz,DSP时钟频率为150MHz，载波周期Tc=1/(12×150×109)=12388个计数周期。
　　主程序：
　　voidmain(void)
　　{//step1:初始化系统控制寄存器，PLL，看门狗，时钟等
　　InitSysCtrl();
　　EALLOW;
　　GpioMuxRegs.GPAMUX.all=0x003F;//使能PWM输出的引脚
　　EDIS;
　　DINT;
　　IER=0x0000;
　　IFR=0x0000;//禁止和清除所有CPU中断
　　InitPieCtrl();//初始化Pie控制寄存器位默认状态
　　InitPieVectTable();//初始化PIE中断向量表vectortable;
　　InitPeripherals();
　　//step2:设置EVA的各寄存器
　　EvaRegs.T1PR=(int)(TC/2);//6194个计数周期，即0X1832
　　EvaRegs.T1CNT=0X0000;
　　EvaRegs.CMPR1=(int)(TC/2);
　　EvaRegs.CMPR2=(int)(TC/2);
　　EvaRegs.CMPR3=(int)(TC/2);
　　EvaRegs.ACTRA.all=0x0666;//1,3,5高有效。2，4，6低有效
　　EvaRegs.DBTCONA.all=0X0FF8;//死区时间1.6微秒
　　EvaRegs.COMCONA.all=0XAA00;//使能比较，下溢重载
　　EvaRegs.T1CON.all=0X0842;//连续增减计数模式
　　//设置中断：
　　EvaRegs.EVAIFRA.all=0XFFFF;
　　EvaRegs.EVAIFRB.all=0XFFFF;
　　EvaRegs.EVAIFRC.all=0XFFFF;//清EVA所有中断标志位
　　EvaRegs.EVAIMRA.all=0X0200;
　　EvaRegs.EVAIMRB.all=0X0000;
　　EvaRegs.EVAIMRC.all=0X0000;
　　EALLOW;//更新中断向量
　　PieVectTable.T1UFINT=&T1UFINT_IS;
　　EDIS;
　　IER|=M_INT2;
　　PieCtrl.PIEIER2.bit.INTx6=1;//开2.6级定时器1下溢中断
　　EINT;
　　ERTM;
　　for(;;);
　　}
　　中断子程序主要是计算功能，按图5所示的流程图一步步编写即可，程序不再列出。至于在计算中用到的正弦sin值，为了保证控制的实时性，最好把用到的sin值事先计算出来做成一个数组放在DSP的数据存储器中，存放位置及长度需在.cmd文件中进行设置。
　　图4主程序流程图
　　图5定时器下溢中断子程序流程图
　　
　　4实验结果
　　
　　按照以上思路编写出的软件经过调试编译，运行良好，SPWM波形正常，如图6(a)、图6(b)所示。脱离仿真环境后和逆变电路连接在一起，驱动IGBT工作，逆变出的三相正弦波波形良好。
　　图6实验结果
　　
　　5结语
　　
　　利用此方法由TMS320F2812生成的SPWM波已经在400Hz/115V的逆变电源中应用，电源运行正常,输出的电压频率幅值都在允许范围内。结果证明该方法的准确性高，完全可行，尤其在变频变压电源的控制中有很好的应用。
　　
　　参考文献
　　[1]王晓明，王玲.电动机的DSP控制—TI公司DSP应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
　　[2]苏奎峰，吕强，耿庆锋,等.TMS320F2812原理与开发[M].北京：电子工业出版社，2005.
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
　　(作者：袁　莉　李　斌　蒋在芳-字数：3231)