基于DSP芯片設計的一種波形發(fā)生器

董卓敏 王永 孫德敏　　摘 要：給出了一種基于dsp芯片tms320f240的對稱規(guī)則spwm信號生成法，較為詳盡地分析了spw m信號的諧波成分、總諧波失真度及其和載波比的關系。由于只需知道采樣時刻，就可確定該采樣周期內脈沖信號的開關點，因此spwm特別適合在線計算。對生成的spwm信號進行fourier分析，結果表明，正弦波經(jīng)過該方式調制以后，輸出信號中不含有直流成分；當載波比為偶數(shù)時，輸出信號中不含偶次諧波；提高載波比有利于濾除高次諧波。根據(jù)以上特點，將spw m應用到某型制冷機減振電機的驅動上，對實測的電壓和電流信號進行分析，其結果與理論分析相吻合。與采用模擬信號驅動的方式進行了比較，最后給出了實驗結果。

　　關鍵詞：正弦脈寬調制；諧波分析；總諧波失真度；數(shù)字信號處理；tms320f240
引 言
　　隨著電力電子的迅速發(fā)展，逆變技術已越來越多地應用到各個領域中。尤其是脈寬調制（pulse－width modulation，pwm）技術的出現(xiàn)，使逆變器得到更為廣泛的應用。就pwm的控制技術而言，為適應不同的應用場合和性能要求，提出了多種不同的開關器件通斷控制策略［1］。如最簡單的等脈寬pwm法，改變其脈沖周期可以調頻，改變占空比可以調壓；其缺點是輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量。正弦脈寬調制（sine pwm，spwm）法是為了克服等脈寬pwm法的缺點而發(fā)展起來的。

　　對于實時計算的pwm控制方法常常需要建立數(shù)學模型，較為常用的是采樣型的spwm法。文［2］指出，在對正弦波進行調制時，采用三角波作為載波比用鋸齒波產生更少的諧波分量，自然采樣spwm法就是通過正弦波與三角波的比較來決定開關點的位置，原理簡單易于用模擬電路實現(xiàn)。由于其開關模式不能用顯式表達，難以用微機實現(xiàn)實時控制，因此發(fā)展了規(guī)則采樣法。

　　本文給出了一種基于dsp的對稱規(guī)則spwm生成法，在建立規(guī)則采樣法數(shù)學模型的基礎上，分析輸出波形的諧波成分，進而討論諧波抑制的策略；然后，將spwm法應用到某型制冷機減振電機的驅動上，并與采用模擬驅動的方式進行了實驗比較，給出了實驗結果。

1　對稱規(guī)則spwm的生成
　　當使用正弦波調制時，已經(jīng)證明，在交流電機（如感應和直流無刷電機）的相電流中，對稱的pwm信號比非對稱的pwm信號引起的諧波失真更小［2］。

　　這里給出使用ti公司的dsp芯片tms320f240產生pwm信號的原理：為了產生pwm信號，由單獨的定時器產生載波周期。當前需調制的數(shù)值與最大的調制數(shù)值相減，其差作為比較對象，不斷地與定時器計數(shù)器的值進行比較。當兩個值匹配時，相關的輸出就發(fā)生跳變（從低到高或從高到低）。這樣就產生了輸出脈沖，它的開啟（或關閉）時間與被調制的數(shù)值成正比，改變調制數(shù)值，相關引腳上輸出的脈沖信號的寬度也隨之改變。圖1給出了對稱規(guī)則pwm波形生成的原理。2　數(shù)學模型及諧波分析
　　設正弦調制波為us（t）＝asin（2πft），其中，a為正弦波幅值，f為頻率，正弦波周期t＝1／f。為提高輸出信號基波的最大值，應盡量采用大的調制深度m［3］，這里假設m＝1。設pwm信號的幅值為e，載波比n為大于1的整數(shù)。在一個正弦波周期內，共有n個pwm脈沖，對于第n個脈沖而言：采樣時刻為t（n－ 1）／n，采樣值為asin（2π（n－1）／n），由于脈沖寬度與采樣值成比例及調制深度m＝1，所以第n個脈沖的寬度

設第n個脈沖的兩次跳變時刻分別為tln，trn（如圖1示），則

　　由式（2，3）可知，在對稱規(guī)則采樣的情況下，只要知道采樣時刻n，就可以確定出這個采樣周期內脈沖信號的開關點。　　
圖2表示一個周期內正弦波調制后的pwm輸出波形，對它進行fourier變換，可以得到

考慮到上式第二項絕對值符號內的數(shù)小于0，因此