载波移相PWM实际上是在PWM发生时采用不同的载波进而改变变换器在一个开关周期内的矢量组合情况和矢量发送顺序。对于一个三相逆变器而言,一般保持一相载波不变,改变另外两相或者一相的载波实现一些特定的效果,比如共模电压抑制、EMI峰值抑制等。一般的载波移相PWM通常分为两类:载波相位固定的PWM、载波相位实时变化的PWM,其简化的原理如图8-15所示。
图8-15 三相逆变器载波移相原理
a)相位固定的载波移相 b)相位实时变化的载波移相
对于载波相位固定的PWM,DSP提供了相关相位控制功能寄存器,其为时间基准子模块中的时间基准相位寄存器(TBPHS)。以图8-15a为例,A相载波为中心对称的三角载波,而B相和C相的载波均为移相后的载波,同时相应的B相和C相的PWM都有相应的位移,不再是中心对称的PWM。如果假设B相载波相对于A相载波移相120°,C相载波相对于A相载波移相240°,而时间基准周期寄存器设置为TBPRD,则可以求出B相和C相需要设置的相位寄存器的值分别为
根据以上配置原理设置相关寄存器,可以得到固定相差120°的三相移相PWM波形如图8-16所示。
对于载波相位实时变化的PWM,DSP提供的时间基准相位寄存器在使用上受到限制,特别是在增减计数模式下,实时的载波移相为计算PWM脉冲位置以及相关动作配置带来困难,很多情况下需要讨论移相寄存器的值与比较寄存器的值的大小关系。实际上载波移相的目的是改变PWM脉冲对应的上升沿和下降沿的位置,如果能够确定所需的PWM脉冲边沿位置,最终也能等效实现载波移相的功能。
针对载波相位实时变化的PWM,推荐使用递增计数模式。递增计数模式下的时间基准计数寄存器的值在一个开关周期内都是单调递增变化的,这就能够保证实时相移的值不可能大于递增计数模式下的时间基准周期寄存器的设定值,从而避免烦琐的逻辑判断。同时移相带来的PWM非对称的情况在递增计数模式下也非常容易实现,只需要修改相应比较值即可。图8-17说明了递增计数模式下载波实时移相的原理。
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图8-16 固定相差120°的三相移相PWM波形
图8-17 递增计数模式下的PWM实现
采用递增计数模式实现载波移相与采用增减计数模式配合移相寄存器实现载波移相的区别:
1)递增计数模式下实现上管的PWM上升沿和下降沿的控制需要同时使用两个比较寄存器CMPA和CMPB,因此在同一相桥臂的上下两个开关管的PWM信号中,必须使用死区功能子模块由硬件强制加入死区时间;而增减模式下,一相桥臂的两个开关管在一个开关周期内的PWM信号可以分别由一个比较值产生,即可以在上下开关管的PWM中设置不同的比较值利用软件的方法加入死区时间。
2)递增计数模式下三相PWM载波采用同一个锯齿波,在开关周期切换时可以统一通过计数器达到零时的触发脉冲设置零点的各相PWM电平切换功能,而在增减计数模式配合移相寄存器的情况下,由于各相到达的零点时间不同,存在不能响应零点动作的情况。
根据以上配置设置相关寄存器,可以得到随机移相的三相PWM波形如图8-18所示。
图8-18 随机移相的PWM波形
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