发布时间 : 星期二 文章SPWM及锁相 - 图文更新完毕开始阅读437a3ba2284ac850ad0242c5
1 SPWM
1.1 SPWM概念
SPWM技术目前已经在实际得到非常普遍的应用。经过长期的发展，大致可分成电压SPWM，电流SPWM和磁通SPWM。其中电压和电流SPWM是从电源角度出发的SPWM，而磁通SPWM则是从电动机角度出发的SPWM。
电压SPWM技术是通过生成的SPWM波信号来控制逆变器的开关管，从而实现电动机电源变频的一种技术。
1.2 分类
按其调制的方法不同有同步调制、异步调制和分段调制三种。按调制波的极性分单极性SPWM法、双极性SPWM法； 1、单极性SPWM
(1)每半周期内所有三角波的极性均相同(即单极性)。
(2)单极性调制的工作特点：每半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件按脉冲系列的规律时通时通时断地工作，另一个完全截止；而在另半个周期内，两个器件的工况正好相反，流经负载的便是正、负交替的交变电流。 2、双极性SPWM
(1)调制波和载波：
(2)双极性调制的工作特点：逆变桥在工作时，同一桥臂的两个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，毫不停息，而流过负载ZL的是按线电压规律变化的交变电流。
1.3 产生PWM的算法
产生电压SPWM信号的方法有硬件法和软件法。其中软件法是使电路成本最低的方法，它通过实时计算来生成SPWM波。但是实时计算对控制器的运算速度要求非常高。DSP无疑是能满足这一要求的最理想的控制器。电压SPWM 信号实时计算需要数学模型。建立数学模型的方法很多，有谐波消去法、等面积法、采样型SPWM法以及由它们派生出的各种方法。
对称规则采样法的数学模型非常简单，但是由于每个载波周期只采样一次，因此所形成的阶梯波与正弦波的逼近程度仍然存在较大的误差。如果既在三角波的顶点对称轴采样，又在三角波的底点对称轴位置采样，也就是每个载波周期采样两次，这样所形成的阶梯波的逼近程度会大大提高。由于这样采样所形成的阶梯波与三角波的交点并不对称，因此称其为不对称规则采样法。与规则采样法相比每个载波周期采样两次，这样形成的阶梯波与正弦波的逼近程度会大大提高。由于采用了内存大运算速度高的DSP，软件控制算法选用不对称规则采样法。不对称规则采样法生成SPWM波如图1所示：
由于采用不对称规则的算法，要用到正弦函数、浮点数的计算，单独用汇编语言实现较为麻烦，同时为提高运行速度，故采用C语言与汇编混合编程实现。
图1 不对称规则采样法生成SPWM波
当在三角波的顶点对称轴位置t1时刻采样时，则有
TC??a??4?
Tton1?C?a??4?toff1?当在三角波的底点位置t2时刻采样时，则有
ton2?
toff2将三角形相似关系式
TC??b??4?
T?C?b??4?aUsin?t2??M?TCUS?? 4?bUMsin?t2??TC?US?4?
代入上面两个式子得：
TC?1?Msin?t1???4?TC?1?Msin?t1??ton1?? 4 ?TC?1?Msin?t2??ton2??4?TC?1?Msin?t2??toff2?4?toff1?生成 SPWM波的脉宽为：
ton?ton1?ton2TC?2M????1?sin?t?sin?t12? ?2??由于每个载波周期采样两次，所以
TCk2
TCt2?k2t1??k?0,2,4?,2N?2?????
?k?1,3,5?,2N?1????TC?kk?2NT?k?t2?2?ft2?2?fCk?2N?t1?2?ft1?2?f?k?0,2,4?,2N?2?????
?k?1,3,5?,2N?1????ton1?
ton2?k??1?Msin??N??T??k??C?1?Msin?2?N?TC2?k?0,2,4?,2N?2?????
?k?1,3,5?,2N?1????式中k为偶数时代表顶点采样，k为奇数时底点采样。
不对称规则采样法的数学模型尽管略微复杂一些，但由于其阶梯波更接近于正弦波，所以谐波分量的幅值更小，在实际中得到更多的使用。 以上是单相SPWM波生成的数学模型。如果要生成三相SPWM波，必须使用三条正弦波和同一条三角波求交点。三条正弦相差120度，即：
??kuC?sin??N??kuB?sin??N????2?34???kuA?sin??3?N???k??Cuon?1?Msin???1?N???????k2?Buon?1??1?Msin?N3?????k4?Auon?1??1?Msin?3?N?底点采样时有：
??????? ????????如果使用不对称规则采样法，则顶点采样时有：
???????????????? ?k?0,2,4?,2N?2???????????k??Cuon??2??1?Msin??N??????k2?Buon?2?1?Msin?N?3???????????k4???Auon?1?Msin????2?N3????CCC?uon?uon?u1on2?BBBuon?uon1?uon2? AAA?uon?uon?u1on2????? ?k?1,3,5?,2N?1????????
2、基于dsp软件锁相的实现
2.1 锁相概念
锁相环包含三个主要的部分:⑴鉴相环(或相位比较器,记为PD或PC):是完成相位比较的单元,用来比较输入信号和基准信号的之间的相位.它的输出电压正比于两个输入信号之相位差.⑵低通滤波器(LF):是个线性电路,其作用是滤除鉴相器输出电压中的高频分量,起平滑滤波的作用.通常由电阻、电容或电感等组成，有时也包含运算放大器。⑶压控振荡器（VCO）：振荡频率受控制电压控制的振荡器，而振荡频率与控制电压之间成线性关系。在PLL中，压控振荡器实际上是把控制电压转换为相位。
VV
2.2锁相环基本原理
一个典型的锁相环（PLL）系统，是由鉴相器（PD），压控荡器（VCO）和低通滤波器（LPF）三个基本电路组成，如图1，
Ud = Kd (θi–θo) UF = Ud F（s）
U iPDLPFVCOUo
d?oθi
?KOUF θo dt
图1
一．鉴相器（PD）
构成鉴相器的电路形式很多，这里仅介绍实验中用到的两种鉴相器。 1． 异或门鉴相器