深入淺出FOC矢量控制--PWM波,、SPWM波SVPWM波

山峰云繞 2021-10-02

展開全文

2.7PWM波,、SPWM波,、SVPWM的區(qū)別

2.7.1PWM波

只要控制過電機應該都知道PWM波。下面簡單回顧一下PWM的基本形式:

PWM波的基本形式

PWM波本質(zhì)是利用面積等效原理來改變波形的有效值,。舉個例子,，一個電燈只有開和關兩個狀態(tài)，那么要怎么讓它實現(xiàn)50%亮度的效果的呢,？只需要讓它在一半時間開,，一半時間關，交替執(zhí)行這兩個動作只要頻率足夠高,，在人眼（低通濾波器）看起來就是50%亮度的樣子了,。而其中高電平占一個開關周期的比例，就叫做占空比,。利用PWM可以實現(xiàn)使用離散的開關量來模擬連續(xù)的電壓值,。

2.7.2SPWM波

前面分析了，如果要平穩(wěn)地驅(qū)動三相電機轉(zhuǎn)動,，我們就需要生成三個相位相差120度的正弦波,，然后形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，最終帶動電機轉(zhuǎn)動,。但是我們最終的控制對象是MOS管的開通和關斷,，只有電壓最大值和0值兩個狀態(tài)啊，怎么去生成連續(xù)變化的正弦波呢,？

用前面提到的PWM技術就可以做到，所謂SPWM就是這么干的,，如下圖：

SVPWM波基本形式

大家觀察一下上圖的波形,，我們用上面坐標系中的正弦波和三角波的交點投影到下面的坐標軸，以此確定PWM的占空比變化規(guī)律,，這樣合成的PWM波,，經(jīng)過低通濾波器之后，其實就等效為了一個正弦波,！所以SPWM就是在PWM的基礎上用正弦波來調(diào)制合成的具有正弦波規(guī)律變化的方波,。

我們把局部展開圖放大如下所示:

SPWM調(diào)制局部放大

通過局部放大圖可以知道，鋸齒波和調(diào)制正弦波的交點為A和B,，因此A點所需時間為T1,，B點所需時間為T2，所以在該周期內(nèi),，PWM所需要的脈沖時間寬度為Ton,。

知道了SPWM的調(diào)制方式，那么要實際產(chǎn)生一個SPWM應該怎么產(chǎn)生呢,？

這里我們可以借助DSP或者MCU來實現(xiàn),，這里我們以TMS320F2812為例:

DSP要產(chǎn)生產(chǎn)生PWM,，我們可以使用它的EV模塊，這里主要使用它的中央對齊模式,，產(chǎn)生的PWM如下圖所示:

DSP產(chǎn)生帶死區(qū)PWM波

圖中我們看到,，EV模塊初始化完成以后，從0開始遞增計數(shù),，計數(shù)到TIPR中設置的以后,，開始遞減計數(shù)，一直到0,，這就完成了一個PWM周期的計數(shù),。當計數(shù)到TICMPR設置值時，PWM引腳的輸出電平開始翻轉(zhuǎn),，這樣就產(chǎn)生了固定占空比的PWM波,。那么舉一反三，只要改變TICMPR中的值不就可以產(chǎn)生不同占空比的PWM波了嗎,。

仔細觀察上圖,，定時器的中央計數(shù)模式，不就是我們SPWM中的三角波嗎,？我們只要把TICMPR中的值按照正弦規(guī)律來設置不就能夠產(chǎn)生SPWM了嗎,？其實實際就是這么做的。這是其中一相的,，如果需要產(chǎn)生三相,，那也是一樣的道理。

這不是很理想嗎,？不對,，我們在FOC控制中并不會采用SPWM的調(diào)制方式。

最主要的原因是,，通過上面三個半橋逆變器電路的分析我們可以知道,，我們并不好在某一時刻獨立地控制某一時刻電機的三個相電壓，也就很難合成三路這種SPWM波了,；另外SPWM也比后面要說的SVPWM的電壓利用率要低15%（具體怎么算的這里就不介紹了）,。

2.6.3SVPWM波

SVPWM是目前常用的脈寬調(diào)制技術，基于空間矢量脈寬調(diào)制方法,，實現(xiàn)了比SPWM更高的電壓利用率,。關于SVPWM的具體實現(xiàn)在后面進行詳細講解，這里先說SVPWM的結(jié)果,，SVPWM解算完成以后輸出的是馬鞍波,，圖形如下所示

馬鞍波

這也是與SPWM最大的不同，SPWM的調(diào)制波是正弦波,，而SVPWM的調(diào)制波是馬鞍波,。SVPWM輸出三相調(diào)制波中存在共模分量（零序分量）,，該分量的存在不對實際三相電機負載產(chǎn)生影響，但是存在中性點對地的電位浮動,，同時就是該零序分量的存在,，提高了電壓利用率。零序分量中含有大量的三次諧波,，因此我們也可以通過正弦波與其對應的三次諧波來合成馬鞍波,。

SVPWM調(diào)制信號中基波、零序分量及合成的馬鞍波如下所示: