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DSP编程学习笔记

一、三相电压源变换器的结构

1.1自励式三相电压源变换器的原理图

图1自励式三相电压源变换器的原理结构图

1.1.1原理结构图（如图1所示）

1.1.2各元件的作用与选择：

交流侧连接电感L：

滤波，减小高次谐波电压造成的脉动，同时起到将变换器和交流电网隔离的作用。

直流侧的电容C：

整流时,保持输出直流电压稳定,并滤出输出电压的低次谐波成分；逆变时，为逆变的正常工作提供电压支撑，相当于电压源，保证电压基本无脉动；当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，直流电容起到缓冲无功能量的作用，反并联的二极管，起到将交流侧到直流侧反馈的无功能量提供通道的作用。

往往该二极管选择快速关断二极管。

1.1.3何谓自励与他励？

自励时直流电压如何建立或控制的？

自励：

不借助于外部其他辅助电路的激励，由该电路自身的特点，完成对直流侧电压的建立。

自励时直流侧电压建立过程如下：

在第一阶段,关断所有的IGBT器件,利用反向并联的二极管对直流电容进行充电,这时相当于三相全桥整流。

一般而言,经过第一阶段的充电,直流侧电压可达520V左右。

待直流电压稳定后,进行第二阶段的充电,即斩波升压。

任选一支IGBT,在适当时刻进行开关操作。

如图1所示,以系统线电压

作为同步参考信号,当

为负时,开通VT1,这时有电流流经VT1和VD3经过一段时间后,La和Lb中积聚了一定的能量,关断VT1,该回路电流突变,于是电感La和Lb中的磁场能转化为电场能而产生过电压。

该过电压与系统电压一起通过二极管对直流电容充电,这时还是相当于三相全桥整流,只不过三相电压幅值更高而已。

重复上述操作，直至直流电压满足要求。

采用这种方法可以做到直流侧电压升压无超调。

直流侧电压达到要求之后,打开所有PWM脉冲，变换器即并入电网。

他励：

就是借助于外部辅助电路，一般为整流器,来为逆变器建立直流侧电压的过程。

充电达到并网的条件即可并网。

1.1.4并网变换器对电压源型逆变器的特殊要求与解决办法

逆变器输出电压如何与电网电压实现同步，这是并网变换器的共性问题。

采用锁相技术可实现。

1.2自励式三相电压源变换器的工作原理

1.2.1三相电压源变换器交流侧的期望波形

期望输出为与电网电压同步的正弦波。

1.2.2如何实现三相电压源变换器交流侧的期望波形

通过连接电抗器，与电网实现连接。

因为变换器出来的是PWM波，在这里电抗器起到滤波和将变换器和电网隔离的作用。

1.2.3三相电压源变换器交流侧的实际波形

交流侧实际输出为PWM波，经过电感后近似为基波。

1.2.4变换器开始工作前和工作后IGBT器件两端的电压波形

工作前所有的IGBT都处于关断装态，一个桥臂所承受的电压为Udc,视IGBT为理想器件，每个IGBT所承受的电压为

变换器工作后，IGBT两端电压为：

，因为工作后，由于上下桥臂互补，每个时刻，一个桥臂只有一个开关管开通。

变换器开始工作前和工作后IGBT器件两端的电压波形如图2所示。

1.3自励式三相电压源变换器的PWM控制

1.3.1PWM控制的基本概念

单极性调制与双极性调制

在信号波Ur半个周期内载波（一般指三角波载波）只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得到的PWM波形也只在单个极性范围变化的控制方式称为单极性PWM控制方式。

和单极性PWM控制方式相对应的是双极性PWM控制方式。

在信号波Ur的半个周期内，载波不再是单极性的，而是有正有负的，所得的PWM波也是有正有负的。

在Ur的一个周期内，输出的PWM波只有±Ud两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。

载波、调制波与电网电压的基波

载波：

把接受调制的信号作为载波。

调制波:

把希望输出的波形作为调制波。

电网电压的基波：

电网电压进行傅里叶变换，得到的一次谐波成分即为基波成分。

基波频率、载波频率与载波比

基波频率：

基波在单位时间内的变化次数。

载波频率。

载波在单位时间内的变化次数。

载波比:

载波频率与调制波频率的比值。

调制深度与控制角δ

调制深度：

信号波幅值与载波幅值的比值。

控制角δ：

三相式电压源变换器交流侧输出电压相角也电网侧电压相角的差值。

SPWM、三次谐波注入PWM与SVPWM

SPWM：

调制波信号为正弦波的PWM调制方式。

三次谐波注入

PWM：

在正弦波中加入一定比例的三次谐波为调制波信号的PWM调制方式。

SVPWM：

电压空间矢量技术，其原理是，当用三相平衡的正弦电压向交流电动机供电时，电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定，并以恒速旋转，磁链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转磁场。

死区，为什么要设置死区？

死区对逆变输出有何影响？

在电压型逆变电路的PWM控制中，同一相上下两个臂的驱动信号都是互补的。

但实际上，功率开关器件都有一定的开通时间和关断时间，为了防止上下两个桥臂直通而造成短路，在上下两个桥臂通断切换时要留一小段上下桥臂都施加关断信号的死区时间。

死区对逆变器输出的影响：

使逆变器输出的PWM波形产生畸变。

比如，当PWM波为窄脉冲时，设置的死区时间可能会使边缘部分脉冲丢失，引起畸变。

1.3.2.PWM控制的基本关系

何谓直流电压利用率？

SPWM，三次谐波注入PWM与SVPWM的直流电压利用率分别是多少？

直流电压利用率是指逆变电路所能输出的交流电压基波最大幅值

和直流电压

之比。

SPWM的利用率：

，其中

为线电压峰值，

为直流电压幅值；在三次谐波注入法中，逆变电路输出的相电压中包含三次谐波，在合成线电压时，各相电压的三次相互抵消，线电压最大输出幅值为

，因此其线电压基波分量最大值为

，直流侧电压利用率为1；在SVPWM调制方法中

，合成空间矢量

，所以

，相电压基波幅值为

此时线电压最大幅值为

，直流电压利用率为1.

写出PWM调制方式下逆变器输出电压基波分量与直流电压，调制深度和控制角δ的关系方程？

交流侧电源：

（1）

逆变器交流侧输出电压：

（2）

逆变器交流侧输出幅值：

（3）

将（3）式代入

（2）式得：

，

，其中

为电网电压幅值，λ为调制深度，

为直流侧电压，

与电路有关，δ为控制角。

二、PWM控制的基本关系

2.1三角载波和双极性调制方式下，给出SPWM波形的生成原理示意图

生成的波形图如图3所示:

图3

2.2在每一载波周期中，给出三相SPWM脉冲宽度的计算公式，即脉冲宽度与载波周期，调制深度及当前相位的关系。

在规则采样中，

其中δ为脉冲宽度，a为调制度0≤a＜1，

为正弦信号波角频率，Tc为三角波采样周期，TD为在一个采样周期内三角波负峰值时刻。

针对三相而言，Ur和

可以随着a，b，c三相的不同而改变，便可以得到各相的脉冲宽度。

2.3在SPWM中，同一个载波周期内三相PWM脉冲宽度之间存在什么约束条件？

这种关系在三次谐波注入PWM和SVPWM中也是否存在？

，其中

，

，

为在同一三角载波周期内三相的脉冲宽度。

这种关系在三次谐波注入PWM和SVPWM中是不存在的。

三、DSP-EVA的作用

3.1在EVA的硬件结构中，各个部件的功能和作用是什么？

每个事件管理器内部包含有通用定时器（GT）、全比较/PWM单元、捕获单元以及正交编码脉冲（QEP）电路。

通用定时器（GT）：

（1）为采样提供时间基准。

（2）为正交编码脉冲（QEP）电路和捕获单元提供时间基准。

（3）为比较单元和相应的PWM电路提供一个时间基准，以输出PWM波。

（4）其他功能如：

（可产生三角载波）。

全比较/PWM单元：

可产生8路PWM波形输出。

其中两个ＥＶ可产生６路带可编程死区和输出极性的ＰＷＭ输出，另外由通用定时器可以比较产生２个独立的ＰＷＭ输出。

捕获单元：

当捕获单元输入引脚CAPX上检测到一个特定的跳变信号时通用定时器的当前值被捕捉并存储在相应两极FIFO堆栈中。

（测速、测转速）。

正交编码脉冲（QEP）电路：

主要用于数字测速元件，它为光电式脉冲发生器发出与转速成正比的脉冲信号，同时为了适用可逆控制以及转向判别，光电脉冲发生器输出两路（A相、B相）间隔π/2相位的正脉冲。

3.2在EVA中，如何用T1来产生PWM三角载波？

T1的四个寄存器T1PR、T1CNT、T1CMPR和T1CON的作用是什么？

其参数如何设置？

用T1来产生PWM三角载波方法:

在EVA中，将T1处于连续增\减计数方式即可产生PWM三角波载波.

T1的四个寄存器T1PR、T1CNT、T1CMPR和T1CON的作用:

T1中的T1PR表示定时器1的16位周期寄存器，可以通过设置和装载可以确定PWM的周期占空比，其值决定了定时器的周期；　

T1CNT表示定时器1的16位计数寄存器；

T1CMPR表示定时器1的16位比较寄存器，存储与定时器相关的比较寄存器存储持续与定时器的计数器进行比较的相匹配值,还可以确定占空比；

T1CON表示定时器1的16位控制寄存器，主要决定通用定时器的计数模式，使用外部时钟还是内部CPU时钟，确定时钟使用8种预定标分频的哪一种，在何种条件下重装载定时比较寄存器，还可以确定定时器及其比较操作能否使用。

参数设定：

对于TxCNT

（1）D13-D11位：

TMODE2-TMODE0.计数模式选择：

000=停止/保持模式；

001=单增计数模式；

010=连续增计数模式；

011=定向增/减计数模式；

100=单增/减计数模式；

101=连续增/减计数模式；

110和111为保留模式。

（2）D10-D8位：

TPS2-TPS0.输入时钟预定标系数。

000x/1;001x/2;010x/4;

011x/8;100x/16;101x/32;

100x/64;111x/128;

（3）位7T2SWT1/T4SWT1定时器2、4周期寄存器选择位。

0定时器2、4使用自身的周期寄存器；

1使用T1CON、T3CON的定时器使能位来使能或禁止相应操作，从而忽略自身的定时其实能位。

（4）位6TENABLE定时器使能位

0禁止定时器操作；

1使能定时器操作；

（5）位5-4TCLKS1/TCLKS0.时钟源选择。

00内部CPU时钟；

01外部时钟；

10保留；

11正交编码脉冲电路—只适用于定时器2、4，在定时器1、3中保留，这种操作只在SELTAPR=0时有效。

（6）位3-2TCLD1/TCLD0定时器比较寄存器的重装载条件。

00当计数值是0时重装载；

01当计数值是0或等于周期寄存器值时重装载；

10立即重装载；

11保留；

（7）位1TECMP。

定时器比较使能位。

0禁止定时器比较操作；

1使能定时器比较操作；

（8）位0SELT1PR/SELT3PR.周期寄存器选择。

0使用自身的周期寄存器；

1使用T1PR作为周期寄存器而忽略自身的周期寄存器。

3.3在EVA中，是如何产生PWM和SVPWM波形的？

用定时器产生的PWM:

（1）.非对称PWM波的产生：

将定时器设置在连续增计数方式时产生非对称波形。

在计数初值设置为0且比较值小于周期值时在TxPWM引脚上出现正跳变；此时计数器继续计数。

当计数值等于周期值时，在TxPWM引脚上出现负跳变，同时计数器复位为0，完成一个PWM周期。

（2）.对称PWM波的产生：

将定时器计数方式改为连续增/减计数方式时产生对称PWM波形。

在计数初值设置为0且比较值小于周期值的条件下开始增计数。

当计数值等于周期值时，在TxPWM引脚上出现跳变；继续计数到周期值相等时，计数器开始减计数；再次计数到与比较值相等时，TxPWM引脚发生的二次跳变；当计数器数减到0时，完成一个PWM周期，计数器开始新一轮的增计数。

用比较单元产生PWM波：

利用比较单元产生PWM波与利用定时比较器产生PWM波的方法几乎相同，只不过利用前者使用比较和死单元区，而后者使用定时器比较存储器且没有死区功能。

以事件管理器A为例，利用比较单元产生PWM波时，要使用定时器1计数器T1CNT、定时器1控制存储器T1CON，周期存储器T1PR，比较存储器CMPRx，比较控制存储器COMCONA、比较方式控制存储器ACTRA、死区控制存储器DBTCONA。

对这些存储器正确的初始化可以产生对称的和非对称的PWM波形。

（1）非对称PWM波的产生：

将定时器1设置为连续增计数方式时，产生非对称PWM波形。

（2）对称PWM波的产生：

将定时器的计数方式改为连续曾/减计数方式就会得到对称的PWM波形。

空间矢量PWM波的产生:

TMS320LF2407ADSP提供了一种能辅助对称空间矢量PWM波形发生的内部电路，它可以使空间矢量PWM波控制软件得到简化。

已知输出的电压空间矢量Uout所在的扇区的两个相邻基本空间矢量Ux和Ux+60（或Ux-60），以及这两个基本空间矢量作用的时间t1，t2和零矢量作用的时间t0，并已知旋转方向，则为了实现矢量PWM的波形，对硬件的设置为：

（1）.对T1CON、COMCONA，ACTRA初始化，将计数方式设置为连续在增/减方式，将载波周期之写入T1PR，将1/2t1写入CMPR1，1/2（t1+t2）写入CMPR2，将方向信息写入比较方式控制存储器ACTRA的第15位（顺时针写1，逆时针写0）.

（2）.在每一个空间矢量PWM载波周期开始前，将基本空间矢量Ux写入ACTRA的第14-12位。

（3）.当增计数到与比较存储器CMPR1相等时，更新ACTRA的第14-12位（顺时写Ux-60，逆时针写Ux+60）。

（4）.继续增计数到与比较存储器CMPR2相等时，用零矢量（用000还是111取决与只有一位发生）更新ACTRA的第14-12位。

（5）.当减计数到与比较存储器CMPR2相等时，更新ACTRA的第14-12位（顺时写Ux-60，逆时针写Ux+60）。

（6）.继续减计数到与比较存储器CMPR1相等时，用Ux更新ACTRA的第14-12位。

注意：

一定保证CMPR1≤CMPR2≤T1PR，否则会出现错误。

当CMPR1=CMPR2=0时，PWMx引脚输出全部无效的电压空间矢量。

事实上，可以利用基本的非零电压空间矢量u1-u6，以及零矢量有u0和u7的线性组合，获得更多的电压空间矢量，这些电压空间矢量都是等幅而不同相位的。

在一个周期内，逆变器的开关状态将超过6个，有些开关状态会多次重复出现。

逆变器的输出电压是一系列等幅而不等宽的脉冲波，这就形成了空间电压矢量PWM控制方式，一般称为SVPWM方式。

3.4在SPMW和三次谐波注入PWM中，利用EVA来产生PWM波形，需要知道什么参数？

在SPMW中利用EVA来产生PWM波形需要知道定时器的计数模式以确定载波，还有调制深度λ和控制角δ即可通过正弦表来计算得到的最后输出波形。

在三次谐波注入PWM中也需要知道调制深度λ和控制角δ，只是相应的正弦表发生变化。

3.5SVPWM调制原理？

在SVPWM中，利用EA来产生PWM波形，需要什么参数？

调制原理：

出发点是使增量磁链轨迹尽量逼近圆形，将理想磁链圆分为I-VI六个扇区，每个扇区再分为K个子区，每个子区将对应一个开关周期TC.当

时，插入零矢量满足

其中T1是U1的作用时间，T2是U2作用的时间。

T7、T8是零矢量作用的时间。

只有当非零矢量作用时，磁链才旋转，当这八个矢量线性组合轮番作用时，可获得近乎于圆的磁链轨迹。

利用EA来产生PWM波形需要参数：

uα和uβ。