脉宽调制的SPWM的数字控制

    数字控制是SPWM目前常用的控制方法。可以采用微机存储预先计算好的SPWM数据表格，控制时根据指令调出；或者通过软件实时生成SPWM波形；也可以采用大规模集成电路专用芯片产生SPWM信号。常用的方法有以下几种。

    ①等效面积算法：正弦脉宽调制的基本原理就是按面积相等的原则构成与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波。按照已给出的脉冲宽度计算公式，根据已知数据和正弦数值可以依次算出每个脉冲的宽度，用于查表或实时控制。

    ②自然采样法：移植模拟控制方法，计算正弦调制波与三角载波的交点，从而求出相应的脉宽和脉冲间歇时间，生成SPWM波形，如图2-23所示。

    图2-23    生成SPWM波形的自然采样法

    ③规则采样法：自然采样法的主要问题是，SPWM波形每一个脉冲的起始和终了时刻对三角波的中心线不对称，因而求解困难。工程上实用的方法要求算法简单，只要误差不太大，允许做一些近似处理，于是就提出了各种规则采样法。常用的一种方法是根据三角载波每一周的正峰值找到正弦调制波上对应点求得基准电压值，然后对三角波进行采样，取得脉宽时间。此种方法误差较大。另一种方法与上述方法相似，只不过所取的不是三角载波的正峰值，而是其负峰值，其误差就减小了许多，所得的SPWM波形也就更准确了，如图2-24所示。

    规则采样法的实质是用矩形波来代替正弦波，从而简化了算法。只要载波比足够大，不同的矩形波都很逼近正弦波，所造成的误差就可以忽略不计了。

    实用的变频器多是三相的，因此还应形成三相的SPWM波形。三相正弦调制波在时间上互差2π/3。而三角载波是共用的，这样就可以在同一个三角载波周期内获得如图2-25所示的三相SPWM脉冲波形。在数字控制中用计算机实时产生SPWM波形正是基于上述的采样原理和计算公式。一般可以离线先在通用计算机上算出相应的脉宽t2或（Tc/2）．Msinω1te，然后写入EPROM，由调速系统的微机通过查表和加减运算求出各相脉宽时间和间歇时间，这就是查表法。也可以在内存中存储正弦函数和Tc/2值，控制时先取出正弦值与调速系统所需的调制度M作乘法运算，再根据给定的载波频率取出对应的Tc/2值，与Msinω1te作乘法运算，然后运用加、减移位即可算出脉宽时间t2和间歇时间t1·t3，此即为实时计算法。按查表或实时计算法所得的脉冲数据都送入定时器，利用定时中断向接口电路送出相应的高、低电平，以实时产生SPWM波形的一系列脉冲。对于开环控制系统，在某一给定转速下其调制度M与频率ω1都有确定值，所以宜采用查表法。对于闭环控制的调速系统，在系统运行中调制度M值须随时被调节（因为有反馈控制的调节作用），所以用实时计算法更为适宜。

    图2-24    生成SPWM波形的规则采样法

    图2-25    三相SPWM波形的生成

    上述所讨论的SPWM生成方法可以用单片机实现。旧式的8位机，由于受系统时钟频率和计算能力的限制，所得SPWM波形的精度不是很高。当前多采用16位机，或双16位机，尤其近年来采用嵌入式32位单片机，其控制功能和波形精度均达到极高的程度。

    ④SPWM专用集成电路芯片：当前逆变器中高频电力电子器件广泛采用，载波频率均采用高频。完全依靠软件生成SPWM波的方法实际上很难适应高开关频率的要求。世界上一些大的生产厂家开发出一些专门用于发生SPWM控制信号的集成电路芯片，应用这些芯片比用微机生成SPWM信号要方便得多。例如，Mullard公司的HEF4752，Philips公司的MKII，Siemens公司的SLE4520，以及日本Sanken公司的MB63H110等。由于技术的迅速发展，新的芯片层出不穷，时常给我们带来一些新奇，读者需要时可参看有关资料或手册。