死區(qū)及濾波時(shí)長，死區(qū)值和濾波值都是可配置的，并且最小時(shí)間單位為一個(gè)載波計(jì)數(shù)控制的時(shí)鐘周期。濾波值的設(shè)置可以濾除一部分過窄的脈沖，這樣可以避免應(yīng)用中的不必要的開關(guān)通斷，從而有效的延長器件壽命。
[0041]上述多功能SPWM通過一套硬件實(shí)現(xiàn)了多種可編程控制的SPWM波形，可以滿足各種主流SPWM應(yīng)用的需求，SRAM查找表方式也比傳統(tǒng)的更加靈活多變，并且與CPU充分共享使用，節(jié)約了成本。
[0042]本發(fā)明實(shí)施例包括:時(shí)鐘分頻電路，載波計(jì)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。下面將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明實(shí)施例的目的，方法及優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)給出實(shí)現(xiàn)的各種SPWM輸出波形示意圖。
[0043]圖1為多功能SPWM實(shí)施的總體框圖。多功能SPWM電路100包括載波時(shí)鐘分頻器101，調(diào)制波(正弦波)時(shí)鐘分頻器102，載波計(jì)數(shù)控制電路103，調(diào)制波(正弦波)數(shù)據(jù)讀取地址控制電路104，調(diào)制波(正弦波)波形數(shù)據(jù)存儲SRAM105，讀取數(shù)據(jù)調(diào)整控制電路106，數(shù)據(jù)比較及基準(zhǔn)波形產(chǎn)生電路107，死區(qū)插入及濾波電路108。
[0044]圖1中的101和102分頻器的分頻系數(shù)可通過各自的寄存器配置，從而實(shí)現(xiàn)一定頻率的控制時(shí)鐘，進(jìn)一步控制產(chǎn)生滿足頻率要求的載波及正弦波。例如載波控制分頻為2分頻，正弦波控制分頻為512分頻。
[0045]圖1中的103所示的載波計(jì)數(shù)控制模塊，首先通過配置SPWM極性寄存器來決定是雙極性SPWM還是單極性SPWM。進(jìn)一步通過配置計(jì)數(shù)方式寄存器控制具體的計(jì)數(shù)方式，即雙極性調(diào)制下支持四種方式:初始為正的最大值向下計(jì)數(shù)，初始為負(fù)的最大值向上計(jì)數(shù)，初始為O向上計(jì)數(shù)，初始為O向下計(jì)數(shù)；單極性調(diào)制下支持兩種方式:初始為O向上計(jì)數(shù)，初始為正的最大值向下計(jì)數(shù)。再通過配置的正負(fù)最大值控制寄存器來決定最大的正負(fù)載波計(jì)數(shù)值，載波計(jì)數(shù)控制電路根據(jù)配置的參數(shù)開始計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了可編程的載波計(jì)數(shù)控制。例如配置后設(shè)定為雙極性SPWM，載波為初始為負(fù)的最大值向上計(jì)數(shù)且正負(fù)計(jì)數(shù)區(qū)間為-512?511，即最大正負(fù)值分別為511和-512。此時(shí)載波計(jì)數(shù)方式為采用SPWM工作時(shí)鐘2分頻后的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，從-512開始遞增計(jì)數(shù)，計(jì)到511后再從511遞減計(jì)數(shù)到-512，如此循環(huán)進(jìn)行。
[0046]圖1中104所示的調(diào)制波(正弦波)數(shù)據(jù)讀取地址控制電路具體如圖2所示，調(diào)制波數(shù)據(jù)讀取地址控制電路200包括:累加器201，比較器202和三相地址遞增控制203，配置的累加初始值寄存器通過累加器進(jìn)行累加并判斷數(shù)據(jù)是否溢出。以16bit數(shù)據(jù)為例，累加值與65535進(jìn)行比較，當(dāng)大于65535時(shí)則為溢出。每次溢出時(shí)產(chǎn)生一個(gè)地址遞增的使能脈沖，三相的初始地址中第I相為0，另外兩相通過寄存器配置。當(dāng)分頻后的正弦波控制時(shí)鐘采樣到使能信號后三相地址遞增1，當(dāng)?shù)贗相遞增的地址達(dá)到配置的正弦波RAM表的最大地址時(shí)表明一個(gè)正弦波周期已經(jīng)完成。正弦波的頻率與三個(gè)參數(shù)有關(guān)，一個(gè)是正弦波控制時(shí)鐘的分頻系數(shù)，一個(gè)是累加初始寄存器值，另外一個(gè)是配置的RAM表的最大地址。
[0047]圖1中105所示的調(diào)制波波形存儲器有兩種工作模式，可以通過寄存器配置使得存儲器工作在CPU使用模式還是SPWM使用模式，當(dāng)使用SPWM模式時(shí)，由CPU將調(diào)制波數(shù)據(jù)寫入SRAM當(dāng)中，啟動(dòng)SPWM之后便從SRAM中讀取調(diào)制波的數(shù)據(jù)，例如一種方法是，在載波計(jì)數(shù)的極值點(diǎn)(最大值或最小值)處，讀取當(dāng)前讀取數(shù)據(jù)地址控制模塊輸出的地址所存儲的調(diào)制波的數(shù)據(jù)。而在CPU使用模式下，CPU可以根據(jù)需要隨時(shí)對此SRAM進(jìn)行讀寫操作，這樣靈活多變，節(jié)省了資源。
[0048]圖1中106所示的讀取數(shù)據(jù)調(diào)整指的是調(diào)制波的幅度調(diào)整，其一種實(shí)現(xiàn)方式為:根據(jù)三相配置的幅度調(diào)整因子對RAM讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行縮小，以幅度調(diào)整因子為Sbit為例，則可以先將讀取數(shù)據(jù)與調(diào)整因子做乘法運(yùn)算，再進(jìn)行飽和截位處理，從而得到的數(shù)據(jù)就是調(diào)整后的數(shù)據(jù)。
[0049]圖1中107所示的數(shù)據(jù)比較及基準(zhǔn)波形產(chǎn)生電路將根據(jù)SPWM的配置的具體模式產(chǎn)生相應(yīng)的波形。其實(shí)現(xiàn)方式就是在每半個(gè)載波計(jì)數(shù)周期中，當(dāng)計(jì)數(shù)與在極值點(diǎn)處讀取并調(diào)整后的調(diào)制波數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，比較相等后數(shù)據(jù)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，從而得到SPWM的基準(zhǔn)波形。具體各種SPWM的波形示意圖請參見圖3?圖8。
[0050]圖1中108所示的死區(qū)插入及濾波電路中，死區(qū)值和濾波值都是可配置的，并且最小時(shí)間單位為一個(gè)載波計(jì)數(shù)控制的時(shí)鐘周期。此電路實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以采取兩種方式:第一種是先插入死區(qū)再進(jìn)行濾波，第二種是先進(jìn)行濾波后插入死區(qū)。如果采取第二種方式時(shí)，可能插入死區(qū)后一些脈寬無法達(dá)到要求的最小脈寬了，因此在設(shè)置濾波時(shí)需要將死區(qū)插入的因素疊加進(jìn)去，例如實(shí)際需要的最小脈寬為2us，而死區(qū)插入為4us，則對于第二種方式實(shí)現(xiàn)時(shí)需要配置的濾波值為6us。而采取第一種方式時(shí)不會有上述問題，但第一種先插入死區(qū)后再進(jìn)行濾波，對于三相六路SPWM而言則需要六個(gè)濾波電路單元；倘若采用第二種，則濾波單元可以減半，每相互補(bǔ)的一路只需要濾波后對波形取反即可得到。因此兩種方式各有利弊，可根據(jù)需求進(jìn)行選擇實(shí)現(xiàn)。對SPWM產(chǎn)生的波形進(jìn)行適當(dāng)?shù)臑V波，這樣可以避免應(yīng)用中的不必要的開關(guān)通斷，從而延長器件壽命。
[0051]顯然，上面所描述的實(shí)施例只是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多功能SPWM的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，該多功能SPWM包括: 時(shí)鐘分頻電路、載波計(jì)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SPWM的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，通過主控CPU對SPWM的寄存器進(jìn)行配置并啟動(dòng)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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SPWM的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，可以通過配置寄存器的實(shí)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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的SPWM的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，載波計(jì)數(shù)支持多種計(jì)數(shù)方式，具體來說，雙極性時(shí)支持四種計(jì)數(shù)方式:初始為正的最大值向下計(jì)數(shù)，初始為負(fù)的最大值向上計(jì)數(shù)，初始為O向上計(jì)數(shù)，初始為O向下計(jì)數(shù)；單極性時(shí)支持兩種計(jì)數(shù)方式:初始為O向上計(jì)數(shù)，初始為正的最大值向下計(jì)數(shù)。還可以通過調(diào)整用于載波計(jì)數(shù)控制的時(shí)鐘分頻系數(shù)以及載波計(jì)數(shù)的最大值的寄存器配置來調(diào)節(jié)載波頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的SPWM的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，調(diào)制波波形存儲器支持兩種工作模式，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。并且通過CPU寫入的數(shù)據(jù)塊長度以及數(shù)據(jù)位寬可配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的SPWM的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，調(diào)制波波形存儲器為SRAM，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的SPWM的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，可提供三個(gè)相位可調(diào)的正弦波輸出，通過控制存儲器的讀取時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)調(diào)整輸出的正弦波頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的SPWM的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，可實(shí)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)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的SPWM的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，讀取的調(diào)制波形數(shù)據(jù)可放大或縮小進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的SPWM的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，死區(qū)時(shí)間及濾波時(shí)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(dòng)電路不必要的通斷，延長器件的使用壽命。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多功能正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)電路的實(shí)現(xiàn)方法。該SPWM可以支持雙極性三相、兩相、單相，單極性普通型，混合型，互補(bǔ)型以及單極性倍頻等多種輸出模式，極大的節(jié)省了物理資源。通過本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)任意相位可調(diào)的多種SPWM輸出，廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制，逆變器，不間斷電源(UPS)等諸多領(lǐng)域。本發(fā)明所描述的一種多功能的SPWM電路包含：用于載波及調(diào)制波控制的時(shí)鐘分頻模塊，載波計(jì)數(shù)控制模塊，調(diào)制波數(shù)據(jù)讀取地址控制模塊，調(diào)制波波形存儲器模塊，讀取數(shù)據(jù)調(diào)整模塊，計(jì)數(shù)比較及基準(zhǔn)波形產(chǎn)生模塊，三相死區(qū)插入及濾波模塊。該SPWM電路實(shí)現(xiàn)靈活，具有相位、載波頻率、調(diào)制波頻率、增益、調(diào)制波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(diǎn)。
【IPC分類】H03K7-08
【公開號】CN104836554
【申請?zhí)枴緾N201510236118
【發(fā)明人】孫振瑋, 陶建平, 王和國, 劉勇, 韓景通
【申請人】江蘇宏云技術(shù)有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月11日