原创 【TI博客大赛】基于DSP28027的SVPWM简易变频器

SVPWM技术的原理

2.1 基本电压空间矢量

图1示出电动游览车的逆变器主电路。规定当上桥臂的一个开关管导通时,开关状态为1。此时,相应的下桥臂开关管关断;反之亦然,开关状态为0。3个桥臂只有1或0的状态,因此由3个桥臂的开关状态a,b,c可形成000～111的8种开关模式。其中,000和111的开关模式为零状态,其它6种开关模式可提供有效的输出电压。空间矢量的基本思想就是用这8种开关模式的组合来近似电机的定子电压。

由上述假定可推导出三相逆变器输出的线电压矢量[UAB,UBC,UCA]T与开关状态矢量[a,b,c]T的关系为：

式中 Udc--直流输入电压

三相逆变器输出的相电压矢量[UA,UB,UC]T与开关状态矢量[a,6,c]T的关系为：

    将开关状态矢量a,b,c的8种开关组合代入式(2),可求出UA,UB,UC在8种状态下各自对应的电压,然后把在每种开关模式下的相电压值代入u=uA+uB+uC就可依次求出8种开关模式下的相电压矢量和相位角。图2示出这8个基本电压矢量的位置。
    上述相电压值都指三相A,B,C平面坐标系中的值．为了计算方便,在DSP程序计算中需将其转换到O,α,β平面坐标系中。如果选择在两个坐标系中,电机的总功率将保持不变,作为两个坐标系的转换原则,则采用下述转换方式：

    根据式(3)可将前面算出的各开关模式下对应的相电压转换至O,α,β坐标系中的分量。各基本矢量转换至O,α,β坐标系后的对应分量如图2所示。

2.2 磁链轨迹的控制

有了含6个有效矢量和2个零矢量的这8个基本电压空间矢量后,就可根据这些基本矢量合成尽可能多的电压矢量,以形成一个近似圆形的磁场。图3示出一种电压空间矢量的线性时间组合方法。输出的参考相电压矢量Uout的幅值代表相电压的幅值,其旋转角速度就是输出正弦电压的角频率。Uout可由相邻的两个基本电压矢量Ux和Ux±60的线性时间组合来合成,如：

在每一个TPWM期间都改变相邻基本矢量的作用时间,并保证所合成的电压空间矢量的幅值都相等,因此当TPWM取足够小时,电压矢量的轨迹是一个近似圆形的正多边形。

在合成电压空间矢量时,由于对非零矢量Ux和Ux±60的选择不同,以及零矢量的分割方法也不同,因而会产生多种电压空间矢量的PWM波。目前,应用较为广泛的是七段式电压空间矢量PWM波形,其Ux和Ux±60的选择顺序如图2所示。

2.3 T1,T2和T0的计算

根据式(4),电压空间矢量Uout可由Ux和Ux±60的线性时间组合来得到,则由图3,且根据三角正弦定理有：

    由式(5)和式(6)可解得：

    式(7)和式(8)中,TPWM可事先选定;Uout可由U／?曲线确定：θ可由电压角频率ω和nTPWM的乘积确定。因此,当Ux和Ux±60确定后,就可根据式(7)和式(8)确定T1和T2。最后再根据确定的扇区,选出Ux和Yx±60即可。

为了使每次状态转换时,开关管的开关次数最少,需要在TPWM期间插入零矢量的作用时间,使TPWM=T1+T2+T0。插入零矢量不是集中的加入,而是将零矢量平均分成几份,多点的插入到磁链轨迹中,这不但可使磁链的运动速度平滑,而且还可减少电机的转矩脉动。

2.4 扇区号的确定

将图2划分成6个区域,成为扇区。每个区域的扇区号已在图中标出。确定扇区号是非常重要的,因为只有知道Uout位于哪个扇区,才知道选用哪一对相邻的基本电压空间矢量合成Uout。下面介绍一种确定扇区号的方法,即当Uout以O,α,β坐标系的分量形式Uoutα,Uoutβ给出时,先计算Uref1=Uβ,,再用N=4sign(Uref3)+2sign(Uref2)+sign(Uref1)计算N值。式中sign(x)为符号函数,当x>0时,则sign(x)=1;当x<0时,则sign(x)=0。然后,根据N的值,查表l即可确定扇区了。

在每一个PWM周期中,各扇区中Ux和Ux±60的切换换顺序如图2所示。图4示出七段式电压空间矢量PWM波的零矢量和非零矢量在0扇区的施加顺序及作用时间。

3 SVPWM的过调制处理

正常SVPWM调制波的电压矢量的端点轨迹位于六边形的内切圆内,见图4。如果电压矢量的端点轨迹位于六边形的外接圆和外切圆之间时,SVPWM将出现过调制的暂态,这时若不采取措施,输出电压将会出现严重失真而增大电机的转矩脉动,由此应避免电压矢量进入该区。

一般的做法是对端点超出六边形的部分进行压缩,保持其相位不变,将其端点回至内切圆内。工程实现时,先判断电压矢量的端点轨迹是否超出外切六边形,再计算T0,T1,T2,具体实现比较麻烦。一种简单的实现方法是,首先计算出T1,T2,并判断T1+T2>TPWM是否成立,若不成立,则保持T1,T2的值不变：若成立,则将电压矢量的端点轨迹拉回至圆的外切六边形内,假定此时的两非零矢量作用时间分别为T1,T2,则可得：T1/T1=T2/T2,因此,T1,T2,T0可按T1=[T1/(T1+T2)]TPWM,T2=TPWM-T1,T0=0求得。

按上述方法即可生成所需的SVPWM波,并可得到所需的电压矢量Uout。图5示出过调制示意图。

2.2. 键盘控制

● 内置64 键键盘控制器，基于8×8 矩阵键盘扫描。
● 内置按键状态输入的下拉电阻，内置去抖动电路。
● 键盘中断，可以选择低电平有效输出或者低电平脉冲输出。
● 提供按键释放标志位，可供查询按键按下与释放。
● 支持按键唤醒，处于低功耗节电状态中的CH452 可以被部分按键唤醒。

2.3. 外部接口

● 同一芯片，可选高速的4 线串行接口或者经济的2 线串行接口。
● 4 线串行接口：支持多个芯片级联，时钟速度从0 到2MHz，兼容CH451 芯片。
● 4 线串行接口：DIN 和DCLK 信号线可以与其它接口电路共用，节约引脚。
● 2 线串行接口：支持两个CH452 芯片并联（由ADDR 引脚电平设定各自地址）。
● 2 线串行接口：400KHz 时钟速度，兼容两线I2C 总线，节约引脚。
● 内置上电复位，可以为单片机提供高电平有效和低电平有效复位输出。

2.4. 其它杂项

● 内置时钟振荡电路，不需要外部提供时钟或者外接振荡元器件，更抗干扰。
● 支持低功耗睡眠，节约电能，可以被按键唤醒或者被命令操作唤醒。
● 支持3V～5V 电源电压。
● 提供SOP28 和DIP24S 两种无铅封装，兼容RoHS，引脚与CH451 芯片兼容。