基于DSP的SPWM实现

时间：2018-09-20 08:30:01

关键字： DSP spwm 保护电路嵌入式处理器

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[导读]给出了基于DSP的SPWM产生原理和具体实现过程，并对保护电路进行了介绍。

一．原理

SPWM是一种关于PWM技术的控制技术。在现代逆变电路中应用的中得到了广泛应用。

假设正弦波为ＵＯ＝Ｕ2sinφ（φ＝0～2π＝2πf）把一个周期4N等分，则每一分为2π/4N=π/2N弧度，则每一个小面积的值为：

这样，可以通过DSP来控制IGBT的导通时间（在低电平关断IGBT，在高电平导通IGBT）就可以得到我们所需要得SPWM波形。

二．具体实现

图1.电路原理框图

本设计系统由DSP控制器完成对SPWM逆变电路控制，键盘输入，A/D转换，输出显示等工作，具体运行框图如图1所示。每个240x系列DSP可产生多达16路的PWM输出，为了利用DSP来产生PWM输出，采用通用定时器的比较操作，因为每个通用定时器都有一个相关的比较寄存器TxCMPR和一个PWM输出引脚TxPWM。通用定时器的值总是与相关的比较寄存器的值进行比较，当定时计数器的值与比较寄存器的值相等时，就产生比较匹配，可通过置TxCON.1位为1来使能比较操作，发生匹配后的一个CPU时钟周期后，根据GPTCONA/B寄存器相应位的配置情况，相关的PWM输出将发生跳变。由于采用一系列等幅不等宽的矩形波代替正弦波，所以，使通用定时器处于连续增/减计数模式下，来产生对称波形，通过比较产生所需脉宽脉冲的波形。

根据所需的PWM周期设置TxPR：假设正弦半波低电平的时间间隔设为L1、L2……Ln，高电平时间间隔设为H1、H2……Hn，在周期寄存器中存入如下的

一系列值：

为了节省存储器空间，只在周期寄存器中存入前1/4正弦半波的高低电平值。当周期寄存器中的值由上而下被读取后，可通过编程来完成再由下而上读取，正好对应PWM等效矩形脉冲中的前半周期，后半周期值的读取也可由编程实现。

设置比较寄存器：由于采用的是连续增减的计数模式，所以要在比较寄存器中

存入以下一系列值：

当定时器的计数值增计数达到L1对应的计数脉冲值发生比较匹配，PWM发生跳变，输出高电平驱动IGBT导通，然后当定时器计数值减计数达到L2/2时，再次发生比较匹配，PWM又发生跳变，关断PWM输出，直到减计数到零，定时器复位，进行下一周期的PWM 输出。

这里为了节省存储器空间，同样可以采用设置周期寄存器的方法。不过，二者一定要匹配，即要存储相同周期的值。

以上是产生0～1800之间的PWM矩形脉冲，为了的到正弦波的负半周波形，我们就令DSP在0～1800间控制VT1、VT4导通，VT2、VT3关断，得到的是正半周的波形。在1800～3600间，控制VT2、VT3导通，VT1、VT4关断，得到负半周波形。

为了改变输出正弦波的频率，我可以通过改变前面已经计数得出的公式中的T值。为了减少输出正弦波的高次谐波，应保证等效矩形脉冲的数目N不小于720。

以上所用的数值为DSP定时器的计数脉冲个数，在进行DSP软件设计时，应编程将计算出的时间间隔换算成时钟的计数脉冲数.

三．保护电路

1．过压保护

将IGBT用于电力变换器时，应采用保护措施，以防止损坏器件，在本设计中主要有过压保护和过流保护。

过压保护主要用于防止电网电压的波动，对功率变频器件突然产生大于安全裕量的电压冲击过压保护。如图2所示：过零比较器LM339实现过压保护，它是GESolidst的产品，集成了四个电压比较器。

图2. 过压保护电路

因TIL113的驱动电压为+5V，所以由LM339构成的电压比较器的负输入端同一个+5V的稳压二极管2CW53相连。运放的正输入端在没有过压的情况下（Ud=55V ）为4.5V，小于负端电压5V，运放输出0。这时光电耦合器TIL113不发光，不导通。当电压过压时，运放的正输入端电压大于5V，运放导通，输出+5V电压，驱动TIL113发光导通，导通后发一个驱动信号到DSP的INT2，DSP检测到中断后，发出信号驱动过压保护电路的大功率三极管导通，导通后由分压电阻分去一部分电压，保护功率器件不被烧坏。

2．过流保护

过流保护电路主要防止发生短路等使电路中电流剧增，功率器件迅速升温而烧坏的情况，具体电路如图3所示：

为了判断电路是否过流，可在DSP的控制程序中事先设置一个限定值，由DSP的A/D转换不断对主电路的电流进行转换。主电路的电流通过耦合电感后，在A/D转换侧由电阻R先进行分流并转换成电

图3.过流保护电路

压信号，经电压跟随器后，输入到DSP的A/D转换中。当A/D转换检测到电流超过限定值时，就发出中断给PWM发生器，关掉PWM输出，从而断开主电路电流，防止过流发热而烧毁。

四．结语

本文作者创新点为充分利用集成了外围设备的TMS320C240内部资源,设计出基于DSP的SPWM的实现,使整个设计变得简单易行。

参考文献

[1] TMS320LF/C240X DSP Controllers System and peripheral Reference Guide

[2] TMS320C2X/C2XX/C5X Optimizing c Compiler User’s Guide

[3] 余家春. DSP芯片的原理于开发应用. 中国铁道出版社

[4] 黄俊. 电力电子技术. 机械工业出版社