一種多功能spwm的實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路，電機(jī)控制，逆變器，變頻器，UPS電源控制及清潔能源等技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多功能SPWM的實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。該方法用脈沖寬度按正弦波規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，即SPWM波形控制開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值來調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率和幅值。在電機(jī)控制，UPS，逆變器，智能家庭，清潔能源等諸多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
[0003]SPWM的實現(xiàn)方式按照載波的極性可劃分為單極性SPWM和雙極性SPWM。兩種方式中調(diào)制波可為正弦波，三次諧波或其他任意波形，載波可為等腰三角波。
[0004]單極性是指載波在每半個調(diào)制波周期內(nèi)的計數(shù)范圍是單一的，即要么是正的，要么是負(fù)的，產(chǎn)生的脈沖系列也是單極性的。而雙極性是指載波在整個調(diào)制波周期內(nèi)計數(shù)范圍是雙極性的，即計數(shù)正負(fù)都有，產(chǎn)生的脈沖系列是雙極性的。
[0005]單極性SPWM的工作特點:每半個調(diào)制波周期內(nèi)，只有一個器件按脈沖系列的規(guī)律時通時斷地工作，另一個完全截止；而在另半個調(diào)制波周期內(nèi)，兩個器件的工作情況正好相反，流經(jīng)負(fù)載的便是正、負(fù)交替的交變電流?？捎糜谌珮蚴侥孀冸娐?。
[0006]雙極性SPWM的工作特點:兩個器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息，而流過負(fù)載的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流?？捎糜谌珮蚣鞍霕蚰孀冸娐贰?br>[0007]傳統(tǒng)的SPWM實現(xiàn)可以分為模擬電路方式和數(shù)字電路方式，其中模擬電路是用振蕩器來產(chǎn)生載波和調(diào)制波，并利用模擬比較器產(chǎn)生SPWM波形，此方法電路結(jié)構(gòu)簡單，但精度低，受溫度及外部干擾影響大，使用的越來越少。數(shù)字電路方式可以有效的解決上述問題，并且具有可編程的特點，已成為市場主流，進(jìn)而ASIC方式實現(xiàn)的SPWM也越來越多。但這些SPWM實現(xiàn)的功能比較單一，只能實現(xiàn)普通單極性或者雙極性其中的一種類型，應(yīng)用范圍比較窄。此外一般數(shù)字電路實現(xiàn)采用的查表法正弦表存儲介質(zhì)為大容量的ROM，不能改變其中存儲的內(nèi)容，不夠靈活且不能共享存儲空間，浪費資源；即便少量采用RAM方式的也是通過硬件計算正弦波的方式，其算法及電路復(fù)雜，也很占用硬件資源，同樣對應(yīng)的RAM也沒有考慮共孚機(jī)制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種多功能SPWM的實現(xiàn)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0010]本申請實施例公開了一種多功能SPWM的實現(xiàn)方法，其特征在于該多功能SPWM包括:
[0011]時鐘分頻電路、載波計數(shù)控制電路、調(diào)制波波形存儲器、調(diào)制波數(shù)據(jù)讀取地址控制電路、讀取數(shù)據(jù)調(diào)整電路、數(shù)據(jù)比較及基準(zhǔn)波形產(chǎn)生電路和死區(qū)插入及濾波電路。
[0012]本發(fā)明實現(xiàn)的SPWM電路具有相位、載波頻率、調(diào)制波頻率、增益、存儲波形以及最小輸出脈寬(濾波)參數(shù)可編程配置的特點。
[0013]優(yōu)選的，其特征在于，通過主控CPU對SPWM的寄存器進(jìn)行配置并啟動SPWM，在載波周期和調(diào)制波周期處產(chǎn)生相應(yīng)的中斷標(biāo)志，CPU可通過響應(yīng)中斷請求或者查詢中斷標(biāo)志兩種方式進(jìn)行處理，即CPU與SPWM模塊是一種緊耦合的方式交互，可以應(yīng)用于閉環(huán)控制電路中。
[0014]優(yōu)選的，其特征在于，可以通過配置寄存器的實現(xiàn)下面七種模式SPWM的輸出，分別是雙極性單相SPWM，雙極性兩相SPWM，雙極性三相SPWM，普通單極性SPWM，互補(bǔ)單極性SPWM，混合單極性SPWM，單極性倍頻SPWM。
[0015]優(yōu)選的，其特征在于，載波計數(shù)支持多種計數(shù)方式。具體來說，雙極性時支持四種計數(shù)方式:初始為正的最大值向下計數(shù)，初始為負(fù)的最大值向上計數(shù)，初始為O向上計數(shù)，初始為O向下計數(shù)；單極性時支持兩種計數(shù)方式:初始為O向上計數(shù)，初始為正的最大值向下計數(shù)。通過調(diào)整用于載波計數(shù)控制的時鐘分頻系數(shù)以及載波計數(shù)的最大值的寄存器配置。即計數(shù)時鐘頻率和計數(shù)區(qū)間都是可配置的，從而實現(xiàn)了載波頻率可配置。
[0016]優(yōu)選的，其特征在于，可以提供兩種工作模式，一種為SPWM讀寫模式，另一種為CPU讀寫模式，與CPU數(shù)據(jù)空間共享，充分節(jié)省了物理資源。
[0017]在SPWM讀寫模式下，其特征在于，通過CPU寫入的數(shù)據(jù)塊長度以及數(shù)據(jù)位寬可配置。
[0018]優(yōu)選的，其特征在于，可以存入標(biāo)準(zhǔn)的正弦波、三次諧波以及任意波形的調(diào)制波。相對于ROM或EPROM實現(xiàn)的存儲器具有更多的靈活性。
[0019]優(yōu)選的，其特征在于，可提供三個相位可調(diào)的正弦波輸出，通過控制存儲器的讀取時間間隔來實現(xiàn)調(diào)整輸出的正弦波頻率。
[0020]優(yōu)選的，其特征在于，可實現(xiàn)三相的相位控制。第一相的初始相位固定，后兩相通過寄存器配置進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。
[0021]優(yōu)選的，其特征在于，讀取的波形數(shù)據(jù)可放大或縮小進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，可以靈活調(diào)節(jié)SPWM波形的有效脈沖寬度，從而改變SPWM的增益。
[0022]優(yōu)選的，其特征在于，死區(qū)時間及濾波時長可配置，可以自由的設(shè)置死區(qū)長短，并且通過濾波避免過小的脈寬導(dǎo)致驅(qū)動電路不必要的通斷，延長器件的使用壽命。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明具體實施例中多功能SP麗的總體框圖。
[0025]圖2為本發(fā)明具體實施例中調(diào)制波數(shù)據(jù)讀取地址控制實施方式的框圖。
[0026]圖3為本發(fā)明具體實施例中實現(xiàn)的雙極性三相SPWM波形示意圖。
[0027]圖4為本發(fā)明具體實施例中實現(xiàn)的雙極性單相SPWM波形示意圖。
[0028]圖5為本發(fā)明具體實施例中實現(xiàn)的普通單極性SPWM波形示意圖。
[0029]圖6為本發(fā)明具體實施例中實現(xiàn)的互補(bǔ)單極性SPWM波形示意圖。
[0030]圖7為本發(fā)明具體實施例中實現(xiàn)的混合單極性SPWM波形示意圖。
[0031]圖8為本發(fā)明具體實施例中實現(xiàn)的單極性倍頻SPWM波形示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為了方便本發(fā)明實施例的描述，【具體實施方式】中定義一些術(shù)語。下面定義的術(shù)語具有相關(guān)領(lǐng)域中通常所理解的相同含義。諸如“一”、“之”和“該”等術(shù)語及舉例的具體數(shù)值不只指代單個實體，而是包括用于說明的特定示例所屬的普通類。這里用于描述本發(fā)明的特定實施例，但其使用不對本發(fā)明劃界，除非權(quán)利要求中那樣闡述。
[0033]本發(fā)明提供了一種多功能SPWM的實現(xiàn)方法，可以實現(xiàn)多種單極性及雙極性的模式SPWM輸出，并且調(diào)制波通過軟件編程的方式寫入，靈活多變，對應(yīng)的調(diào)制波波形存儲器還可以和CPU共享使用，極大的節(jié)省了硬件資源。
[0034]本發(fā)明實現(xiàn)的多功能SPWM，包括以下部分:時鐘分頻電路，載波計數(shù)控制電路，調(diào)制波波形存儲器，調(diào)制波數(shù)據(jù)讀取地址控制電路，讀取數(shù)據(jù)調(diào)整電路，數(shù)據(jù)比較及基準(zhǔn)波形產(chǎn)生電路，死區(qū)插入及濾波電路。
[0035]本發(fā)明可以實現(xiàn)的SPWM輸出波形，包括以下模式:雙極性單相SPWM，雙極性兩相SPWM，雙極性三相SPWM，普通單極性SPWM，互補(bǔ)單極性SPWM，混合單極性SPWM，單極性倍頻SPWM0
[0036]載波計數(shù)控制使用分頻后的供載波控制使用的時鐘進(jìn)行計數(shù)，可根據(jù)需求配置寄存器決定載波的計數(shù)方式。雙極性調(diào)制下支持四種方式:初始為正的最大值向下計數(shù)，初始為負(fù)的最大值向上計數(shù)，初始為O向上計數(shù)，初始為O向下計數(shù)；單極性調(diào)制下支持兩種方式:初始為O向上計數(shù)，初始為正的最大值向下計數(shù)。并且正負(fù)的最大值可通過寄存器配置，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。通過配置的時鐘分頻及計數(shù)的正負(fù)最大值相結(jié)合，從而實現(xiàn)了載波頻率的可配置。
[0037]調(diào)制波波形存儲器為SRAM，通過軟件編程寫入所需要的波形數(shù)據(jù)，不僅支持標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，也可以支持三次諧波或其他任意波形。使用的波形數(shù)據(jù)的位寬以及數(shù)據(jù)塊長度可配置。同時，該存儲器還可以和CPU共享使用，這樣可以在不使用SPWM功能時供CPU存儲使用，可以充分的節(jié)省硬件資源。
[0038]調(diào)制波數(shù)據(jù)讀取地址控制電路使用分頻后的調(diào)制波控制時鐘，通過控制存儲器的讀取時間間隔來實現(xiàn)調(diào)整輸出的調(diào)制波頻率。并且可提供相位可調(diào)的三相正弦調(diào)制波，其中第一相的初始相位固定，通過配置另外兩相的讀取初始地址值來調(diào)整三相的相位關(guān)系。
[0039]調(diào)制波波形存儲器中讀出的數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行幅度調(diào)整，根據(jù)配置的調(diào)整值進(jìn)行數(shù)據(jù)放大或縮小，調(diào)整后的調(diào)制波與載波比較產(chǎn)生的脈沖寬度發(fā)生改變，從而器件的通斷時間也相應(yīng)變化，這樣配合中斷控制可以實現(xiàn)閉環(huán)控制。
[0040]通過載波計數(shù)與調(diào)整后的調(diào)制波數(shù)據(jù)比較翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的波形可以進(jìn)一步設(shè)置