基于TMS320F28335地数字SPWM采样算法.docVIP

基于TMS320F28335的数字SPWM采样算法 数字SPWM采样算法是基于SPWM调制理论，利用数字控制器技术，实时准确计算出开关管切换时刻点的方法。从而获取按正弦规律变化的占空比脉冲序列，通过适当的低通滤波技术获取所需幅值、频率的正弦波。随着对电源调控技术要求的提高，数字化、智能化已经成为控制领域中的显著特征，需要具有更加灵活的数字SPWM算法来满足实际需要。然而，以往的SPWM采样算法多是从单一算法的本身角度考虑，并未给出一种运算效率高，输出谐波含量低，且易于数字控制器实现的数字SPWM通用模型及实现方法。本文通过对数字SPWM采样算法进行分析，推导出各种数字SPWM算法的通用模型．结合数字控制器技术给出一种较为方便可行的数字SPWM采样算法通用模型及实现方法。基于TMS320F28335控制器，在实验室研制的5kW单相全桥光伏并网逆变器上。对各种数字SPWM算法的通用模型进行试验对比验证。试验表明，采用数字SPWM算法的通用模型及实现方法，可以获取满足实际需求、谐波含量低、控制方便的正弦波形。 1 数字SPlWM采样算法模型 数字SPWM采样算法是基于SPWM调制理论，利用数字控制器技术，实时准确计算出开关管切换时刻点的方法。SPWM调制理论是各种SPWM采样算法的基础。它基于自然采样法原理，通过正弦调制波和高频三角载波相交点来确定开关管的切换时刻点，具有谐波含量低、动态调控优的优点。自然采样法开关时刻点是动态变化的，其数值方程又是超越方程，计算量相当复杂、实时性差，无法满足数字SPWM采样算法的要求。数字SPWM采样算法能克服自然采样法计算量大、实时性差的缺点，其谐波含量低、动态调控方便。从本质上来说，数字SPWM采样算法是在开关管切换时刻点采用曲线拟合的方法来替代正弦曲线，从而将自然采样算法中的超越方程降解为易于数字控制器求解的数值方程，以实时获取开关管的开通与关断时刻。根据采用的拟合方法，可将数字SPWM采样算法分为直线逼近算法、切线逼近算法和割线逼近算法。 1．1直线逼近算法模型 直线逼近算法是在开关管切换时刻中采用直线拟合来替代正弦曲线的方法，该方法包括对称规则采样法、非对称规则采样法(图1)。 图1 直线逼近算法 设调制正弦波为 （1） 式中：Us为正弦幅值；为角频率，．；fs为正弦频率；t为时刻。 载波三角波为 (2) 式中：Ur为三角波的峰值；N为载波比，N=fc/fs，fc为载波频率；K为整数， 0K≤N。 在开关管开通时间段内，用式(3)直线逼近正弦曲线： 式中：tp为正弦拟合时刻点。 由式(2)和(3)可以求得开通时刻点ton： (4) 式中：M为调制深度，M=Ua/Ur,；Tr为载波周期，Tr=1/fc。 在开关管关断时间段内，用式(5)直线逼近正弦曲线： 由式(2)和式(5)可求得关断时刻点toff： (6) 由式(4)和(6)可以求得开关管切换时间td： 1．2切线逼近算法模型 切线逼近算法利用于开关管切换时，采用切线拟合方式来替代正弦曲线的方法，具体算法如图2所示。 图2 切近逼近算法 在开关管切换时，取逼近点()的切线方程，用式(8)来逼近正弦曲线： （8） 由式(2)和式(8)可求得开通时刻点ton和关断时刻点toff： 1．3割线逼近算法模型 割线逼近算法利用于开关管切换时，采用割线拟合方式来替代正弦曲线方法。具体算法如图3所示。 图3割线逼近算法 在开关管切换时刻点，取逼近点()和()的割线方程，可用式(11)来逼近正弦曲线： 由式(2)和式(11)可以求得开通时刻点ton和关断时刻点toff： 2 基于TMS320F28335的数字SPWM采样算法的实现及验证 2．1基于TMS320F28335的数字SPWM算法的实现 TMS320F28335是TI公司推出的高性能数字控制器，内置6路加强型正弦脉宽调制(EPWM)模块，该模块包含时间基准、计数比较、动作限定、死区控制、PWM斩波、错误控制、事件触发等7个子模块．通过配置不同子模块内部的寄存器控制SPWM波形输出。生成SPWM波形的关键在于控制周期及占空比，从而生成按正弦规律变化的占空比脉冲序列。通过时间基准子模块为EPWM模块提供基准时钟，并通过设定计数周期和计数模式实现对三角载波信号的模拟。计数比较子模块周期性，更新比较寄存器(CMPA，CMPB)数值，并通过动作限定子模块，在定时器计数产生比较中断或周期中断控制对应引脚上的电平变化；当比较寄存器的值按正弦规律变化时．，即可输出按正弦规律变化的脉宽信号。利用数字SPWM采样算法模型，可以将占空比的数字预先存于表中，通过中断子程序调取数据表，更改比较寄存器中的数据。获取SPWM脉冲序列。也可直接利用数字SPWM采样算法模型，在中断子程序中实时计算获取SPWM脉冲