CN108919880B - 一种基于数字处理器的载波型spwm波形生成方法 - Google Patents

一种基于数字处理器的载波型spwm波形生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法，包括以下步骤：（1）确定调制波频率、载波比，计算载波频率；（2）计算调制周期中每个载波周期输出的脉冲宽度，建立脉宽表；（3）在每个调制周期开始时，根据脉宽表相应值更新计数器/定时器/PWM发生器占空比；（4）根据占空比输出中心对称的高低电平得到SPWM波。本发明能够充分利用处理器的硬件资源和规则采样法的特点，预先计算脉宽表，在每个载波周期开始前更新计数器/定时器/PWM发生器的比较值，具有速度快、波形准确的优点；根据载波频率和载波比的不同，可以方便地利用公式计算得到满足要求的脉宽表。

Description

一种基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法
技术领域
本发明涉及SPWM波形生成技术领域，具体涉及一种基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法。
背景技术
通常SPWM波形通过调制波(一般为正弦波)和载波的比较生成。对于硬件方式实现，一般将正弦波发生器和三角波发生器生成波形经过比较器比较得到SPWM波形；对于调制波型软件方式实现，一般分别建立正弦波和三角波在一个调制波周期内的波形幅值离散表，继而模拟硬件SPWM波生成方式。
通过硬件方式实现，SPWM波形的幅值、频率等难以调整，且受温度影响较大；通过调制波型软件方式实现，生成SPWM波形的准确程度受离散表的精细程度影响，且要求处理器具有浮点数存储和计算能力，处理器处理难度高，且这种方式未充分利用软件生成SPWM波形的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有速度快、波形准确、易于实现，成本较低的基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法，包括以下步骤：
(1)确定调制波频率、载波比，计算载波频率；
(2)计算调制周期中每个载波周期输出的脉冲宽度，建立脉宽表；
(3)在每个调制周期开始时，根据脉宽表相应值更新计数器/定时器/PWM发生器占空比；
(4)根据占空比输出中心对称的高低电平得到SPWM波。
进一步的，所述脉冲宽度采用单极性调制，具体公式如下：
Figure GDA0001830955520000011
其中，Tδ(i)表示脉冲宽度，TC表示载波周期，M表示调制度，i表示载波周期，N表示载波比。
进一步的，所述脉冲宽度采用双极性调制，具体公式如下：
Figure GDA0001830955520000021
进一步的，所述脉宽表为：
Figure GDA0001830955520000022
其中，NC＝fp/fc表示一个载波周期的计数值，fp为计数器/定时器/PWM发生器工作频率，fc为载波频率。
由上述技术方案可知，本发明所述的基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法，易于实现，成本较低，具有较大的市场推广前景。能够充分利用处理器的硬件资源和规则采样法的特点，预先计算脉宽表，在每个载波周期开始前更新计数器/定时器/PWM发生器的比较值，具有速度快、波形准确的优点；根据载波频率和载波比的不同，可以方便地利用公式计算得到满足要求的脉宽表。
附图说明
图1是本发明的载波型SPWM波形生成流程图；
图2是本发明的单极性SPWM波形导通时间计算；
图3是本发明的双极性SPWM波形导通时间计算；
图4是本发明利用单极性调制方式得到的SPWM波形图；
图5是本发明利用双极性调制方式得到的SPWM波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-3所示，本实施例的基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法，是基于数字处理器实现，数字处理器具有连续增减计数模式的中心对称计数器/定时器/PWM发生器，其工作频率为fp＞＞fc，计数周期为Tp＝1/fp，输出高电平持续时间为Tδ，载波周期为Tc＝1/fc，当前载波周期内计时时刻为tp，当
Figure GDA0001830955520000023
时特定端口输出逻辑高，否则输出逻辑低。对时间纬度进行归一化处理，计数值从0开始时，当前载波周期中的计数值为cp，当
Figure GDA0001830955520000031
时特定端口输出逻辑高，否则输出逻辑低。其中
Figure GDA0001830955520000032
Figure GDA0001830955520000033
均为整数。具体步骤如下：
S1：确定调制波的频率fr，调制比N，进一步确定载波频率fc＝Nfr；
S2：计算得到第i(i＝1,2,...,N)个载波周期应输出SPWM脉冲宽度Tδ(i)并建立N×1规模的脉宽表{C(i)|C(i)＝Tδ(i)/Tp＝k(i)Nc，i＝1,2,...,N}；
S3：第i个载波周期开始前，计数器/定时器/PWM发生器自动装载脉宽表中C(i)值作为占空比；
S4：第i个载波周期开始时，计数器/定时器/PWM发生器根据占空比输出中心对称的高低电平，即SPWM波。
下面分别给出单极型调制和双极型调制时以上算法中Tδ(i)、k(i)的计算方式。ur为调制波，uc为载波，其幅值标准值均为1。设调制度为M，tS为采样时刻，调制波角频率ωr＝2πfr。
在上述步骤中，计算输出SPWM脉冲宽度Tδ(i)可通过单极性调制或双极性调制得到，具体计算公式如下：
单极性调制
根据图2，调制波为正弦波，载波为单极性的三角波，当调制波幅值高于载波幅值时，输出高电平；否则输出低电平。在整个调制波周期完成这种比较后，就可以得到SPWM波形。由于数字处理器不能输出负电平，在实际使用中通过对SPWM波形进行后级处理可以得到负输出。
由可得，
Figure GDA0001830955520000034
则
Tδ＝TcMsinωrtS (1)
第i(i＝1,2,...,N)个载波周期应输出SPWM脉冲宽度为
Figure GDA0001830955520000035
Figure GDA0001830955520000041
双极性调制
根据图3，调制波为正弦波，载波为双极性的三角波，当调制波幅值高于载波幅值时，输出正电平；否则输出负电平。当在整个调制波周期完成这种比较后，就可以得到SPWM波形。由于数字处理器不能输出负电平，在实际使用中通过对SPWM波形进行后级处理可以得到负输出。
由可得，
Figure GDA0001830955520000042
则
Figure GDA0001830955520000043
对于第i(i＝1,2,...,N)个载波周期应输出SPWM脉冲宽度为
Figure GDA0001830955520000044
Figure GDA0001830955520000045
如目标生成基波频率为400Hz的SPWM波，按照步骤实施如下：
(1)调制波的频率fr＝400Hz，调制比N＝120，进一步确定载波频率fc＝Nfr＝48kHz；选取调制度M＝1，计数器/定时器/PWM发生器工作频率fp＝73.8MHz。
对于单极性调制：
Figure GDA0001830955520000046
则脉宽表为：
C(i)＝{40,121,201,280,359,437,513,588,662,734,803,871,936,999,1058,1115,1169,1220,1267,1311,1351,1388,1420,1449,1474,1495,1512,1524,1533,1537,1537,1533,1524,1512,1495,1474,1449,1420,1388,1351,1311,1267,1220,1169,1115,1058,999,936,871,803,734,662,588,513,437,359,280,201,121,40,40,121,201,280,359,437,513,588,662,734,803,871,936,999,1058,1115,1169,1220,1267,1311,1351,1388,1420,1449,1474,1495,1512,1524,1533,1537,1537,1533,1524,1512,1495,1474,1449,1420,1388,1351,1311,1267,1220,1169,1115,1058,999,936,871,803,734,662,588,513,437,359,280,201,121,40}。
对于双极性调制：
Figure GDA0001830955520000051
本则脉宽表为：
C(i)＝{789,829,869,909,948,987,1025,1063,1100,1136,1170,1204,1237,1268,1298,1326,1353,1379,1402,1424,1444,1463,1479,1493,1506,1516,1525,1531,1535,1537,1537,1535,1531,1525,1516,1506,1493,1479,1463,1444,1424,1402,1379,1353,1326,1298,1268,1237,1204,1170,1136,1100,1063,1025,987,948,909,869,829,789,789,829,869,909,948,987,1025,1063,1100,1136,1170,1204,1237,1268,1298,1326,1353,1379,1402,1424,1444,1463,1479,1493,1506,1516,1525,1531,1535,1537,1537,1535,1531,1525,1516,1506,1493,1479,1463,1444,1424,1402,1379,1353,1326,1298,1268,1237,1204,1170,1136,1100,1063,1025,987,948,909,869,829,789}。
第i个载波周期开始前，计数器/定时器/PWM发生器自动装载脉宽表中C(i)值作为占空比；第i个载波周期开始时，计数器/定时器/PWM发生器根据占空比输出中心对称的高低电平，即SPWM波。对于本例，利用单极性调制方式得到的SPWM波形如图4所示，利用双极性调制方式得到的SPWM波形如图5所示。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定调制波频率、载波比，计算载波频率；
(2)计算调制周期中每个载波周期输出的脉冲宽度，建立脉宽表；
(3)在每个调制周期开始时，根据脉宽表相应值更新计数器、定时器或PWM发生器占空比；
(4)根据占空比输出中心对称的高低电平得到SPWM波；
所述脉冲宽度采用单极性调制，具体公式如下：
Figure FDA0003072235410000011
其中，Tδ(i)表示脉冲宽度，TC表示载波周期，M表示调制度，i表示载波周期，N表示载波比；
所述脉冲宽度采用双极性调制，具体公式如下：
Figure FDA0003072235410000012
所述脉宽表为：
Figure FDA0003072235410000013
其中，NC＝fp/fc表示一个载波周期的计数值，fp为计数器/定时器/PWM发生器工作频率，fc为载波频率。
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