電力電子控制技術基礎與實踐 課件 第1、2章 脈沖寬度調(diào)制、正弦波脈寬調(diào)制

電力電子控制技術基礎與實踐電力電子控制技術基礎與實踐上篇

1. 脈沖寬度調(diào)制 2. 正弦波脈寬調(diào)制 3. 信號濾波 4. 反饋控制 5. 坐標變換 6. 空間電壓矢量脈寬調(diào)制 下篇

7. 電力電子技術的PLECS仿真實驗 8. 電力電子技術的實驗箱實驗 電力電子控制技術基礎與實踐1. 脈沖寬度調(diào)制1.1 PWM信號1.2 PWM信號的產(chǎn)生方法1.3 微控制器開發(fā)的基本流程1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)課件中電路圖和電路仿真模型使用CAD繪制，元件取自相應的CAD軟件元件庫，可能會與紙質(zhì)版書籍符號、角標的寫法有不同。1.1 脈沖寬度調(diào)制信號1.1.1電力電子電路的分類IEEE對電力電子技術的定義有效地使用電力半導體器件、應用電路和設計理論以及分析開發(fā)工具，實現(xiàn)對電能的高效變換和控制的一門技術。它包括電壓、電流、頻率和波形等方面的變換電路功能分類輸入輸出

交流（AC）

直流（DC）

直流（DC）整流

直流斬波

交流（AC）交流變換變頻、調(diào)壓逆變

1.1 脈沖寬度調(diào)制信號1.1.1電力電子電路的分類基本控制方式有三類：相控方式頻控方式斬控方式1.1 脈沖寬度調(diào)制信號1.1.2PWM的原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在慣性環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積效果基本相同是指慣性環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。1.1 脈沖寬度調(diào)制信號1.1.2PWM的原理主要指標是占空比(DutyRatio)和振蕩周期。占空比有時稱為“占空系數(shù)”，常用符號D或α表示。占空比是指在一個振蕩周期內(nèi),通電時間相對于總時間所占的比例。振蕩周期T和振蕩頻率f互為倒數(shù)，T=1/f。設輸入直流電壓為Ui，則PWM信號的平均值為DUi，PWM信號的有效值為。1.1 脈沖寬度調(diào)制信號例：PWM波形，輸入電壓幅值為1V，脈沖高電平寬度1μs,振蕩周期4μsPWM信號的電壓平均值為0.25V，電壓有效值為0.5V。1.2 PWM信號的產(chǎn)生方法1.2.1時基芯片產(chǎn)生PWM如555定時器產(chǎn)生PWM信號充電過程中C1的電壓從1/3VCC

升至2/3VCC

。電容C1的電壓上升到后，555定時器6腳置位觸發(fā)，3腳Uo變低電位。放電過程中C1的電壓從2/3VCC降至1/3VCC以下時，低于2腳的閾值電壓，使555定時器復位，形成一個振蕩周期。重復以上步驟，往復循環(huán)在555定時器的3腳產(chǎn)生了PWM信號。1.2 PWM信號的產(chǎn)生方法1.2.2專用PWM集成電路專用PWM集成電路型號很多，性能各有特色。比較典型的專用PWM集成電路有SG3525、TL494等。SG3525構(gòu)成的PWM信號發(fā)生電路生產(chǎn)廠商提供的振蕩器頻率5腳為振蕩器的外接電容CT連接端，RD為5腳與7腳之間跨接的死區(qū)電阻，用來調(diào)節(jié)死區(qū)時間，1.2 PWM信號的產(chǎn)生方法1.2.2專用PWM集成電路SG3525構(gòu)成的PWM信號波形圖調(diào)壓和限流的功能在沒有電壓電流傳感器采集后級電壓、電流信號時，SG3525輸出PWM信號占空比穩(wěn)定。調(diào)節(jié)RT，SG3525輸出PWM波形，振蕩頻率20kHz，占空比50%。1.2 PWM信號的產(chǎn)生方法1.2.3微控制器軟件模擬PWM微控制器產(chǎn)生PWM信號微控制器用通用輸入輸出端口（GPIO）模擬PWM微控制器外設（集成了PWM硬件電路）產(chǎn)生PWM用程序控制GPIO端口的高低電平變化，模擬PWM信號阻塞式程序中斷式程序微控制器外設產(chǎn)生PWM與專用PWM集成電路產(chǎn)生PWM類似，需要設置PWM控制器的參數(shù)。1.3 微控制器開發(fā)的基本流程1.3.1工具軟件操作(1)信號仿真步驟1：建立仿真模型、設置元器件參數(shù)。步驟2：設置仿真運行參數(shù)。步驟3：仿真運行并觀測仿真結(jié)果。步驟4：修改模型和參數(shù)。MATLAB/Simulink、PLECS1.3 微控制器開發(fā)的基本流程（2）微控制器程序編輯與編譯----集成IDE環(huán)境步驟1：建立工程項目步驟2：編輯工程文件步驟3：編譯程序步驟4：編譯步驟5：仿真調(diào)試Keil

STM32Cube-IDE1.3 微控制器開發(fā)的基本流程Keil5.181.3 微控制器開發(fā)的基本流程STM32CubeIDE1.13.11.3 微控制器開發(fā)的基本流程（3）下載STC-ISP6.9.21.3 微控制器開發(fā)的基本流程ST-LINKUtility4.6.01.3 微控制器開發(fā)的基本流程（4）調(diào)試串口軟件（如串口精靈、VOFA+等）1.3 微控制器開發(fā)的基本流程1.3.2串口重定向//STC8A8K微控制器#include"STC8.H"#include"uart.h"#include<stdio.h>voidUART1_Init(void){SCON=0x50;//串口1工作模式1TMOD=0x00;//定時器1，模式0，自動重裝載

TL1=(65536-24000000/115200/4);//晶振24MHz，波特率115200TH1=(65536-24000000/115200/4)>>8;//設置重裝載值的低位

AUXR=0x40;//定時器為1T模式，系統(tǒng)時鐘不分頻

TR1=1;//啟動定時器1ET1=0;//關定時器1中斷}1.3 微控制器開發(fā)的基本流程/*-----發(fā)送一個字節(jié)--------------*/voidSendByte(unsignedcharData){SBUF=Data;while(!TI);TI=0;}/*----發(fā)送一個字符串----------*/voidSendStr(unsignedchar*s){while(*s!='\0'){SendByte(*s);s++;}}/*---接受一個字節(jié)--------*/unsignedcharGetChar(void){while(!RI);RI=0;returnSBUF;}/*-重定向stdio.h內(nèi)函數(shù)------*/charputchar(charData){SBUF=Data;while(!TI);TI=0;returnData;}1.3 微控制器開發(fā)的基本流程/*---串口1中斷服務程序---------*/voidUART1()interrupt4using1{if(TI)TI=0;//清中斷

if(RI)RI=0;//清中斷}使用24MHz的晶振頻率，串口1通信(波特率115200，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗)。如果使用其它的晶振頻率，需要修改晶振頻率計數(shù)值。charputchar(charData)函數(shù)將重定向stdio.h內(nèi)的putchar函數(shù)。1.3 微控制器開發(fā)的基本流程1.3.2串口重定向//STM32Fxxx微控制器對于STM32F407VGT6微控制器，HCLK為168MHz，APB2PeripheralClocks設為84MHz，PA9---->USART1_TX，PA10---->USART1_RX，波特率115200，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，校驗。不使用中斷，初始化和重定向函數(shù)。40. //USART1重定向41. #ifdef__GNUC__42. #definePUTCHAR_PROTOTYPEint__io_putchar(intch)43. PUTCHAR_PROTOTYPE44. {45. HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)&ch,1,1000);46. returnch;47. }48. #endif1.3 微控制器開發(fā)的基本流程4. voidMX_USART1_UART_Init(void)//串口初始化函數(shù)5. {6. huart1.Instance=USART1;7. huart1.Init.BaudRate=115200;8. huart1.Init.WordLength=UART_WORDLENGTH_8B;9. huart1.Init.StopBits=UART_STOPBITS_1;10. huart1.Init.Parity=UART_PARITY_NONE;11. huart1.Init.Mode=UART_MODE_TX_RX;12. huart1.Init.HwFlowCtl=UART_HWCONTROL_NONE;13. huart1.Init.OverSampling=UART_OVERSAMPLING_16;14. if(HAL_UART_Init(&huart1)!=HAL_OK)15. {16. Error_Handler();17. }18. }1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.1STC8微控制器的GPIO端口模擬PWM硬件環(huán)境：STC8A8K64S4微控制器測試，系統(tǒng)晶振頻率12MHz，輸出脈沖端口P10，兩個按鍵名稱為“增占空比”端口P32、“減占空比”端口P33。程序的實現(xiàn)流程：①設置輸出脈沖、按鍵端口。②設置定時器工作模式，設置定時器初值。③開定時中斷，打開總中斷，開定時器計數(shù)。在中斷程序中，將當前輸出電平取反可以獲得將要輸出的電平值，判斷將要輸出的電平值，并修改定時器的計數(shù)值與該電平對應。1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)61. /******************interupte*******************************/62. voidTime0_H()interrupt163. {64. pulse_level=~pulse_level;65. if(pulse_level==1)66. {67. TH0=(65536-(timpluse-(99-duty)*step))/256;68. TL0=(65536-(timpluse-(99-duty)*step))%256;69. }70. if(pulse_level==0)71. {72. TH0=(65536-(timpluse-(duty-1)*step))/256;73. TL0=(65536-(timpluse-(duty-1)*step))%256;74. }75. }76. /*********************************************************/1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)61. /******************interupte*******************************/62. voidTime0_H()interrupt163. {64. pulse_level=~pulse_level;65. if(pulse_level==1)66. {67. TH0=(65536-(timpluse-(99-duty)*step))/256;68. TL0=(65536-(timpluse-(99-duty)*step))%256;69. }70. if(pulse_level==0)71. {72. TH0=(65536-(timpluse-(duty-1)*step))/256;73. TL0=(65536-(timpluse-(duty-1)*step))%256;74. }75. }76. /*********************************************************/1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)運行程序并測試，設置微控制器工作頻率12MHz，定時器工作在12T模式，與普通MCS51微控制器相同，則其機器周期為1μs，即定時器計一個數(shù)就耗時1μs。輸出脈沖頻率按250Hz計算，250Hz的時間周期為4000μs，T0計數(shù)值設為（65536-4000+低或高電平脈沖數(shù)）。設置初始占空比為10%，波形圖。1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.2STC8的PWM外設產(chǎn)生PWM信號STC8系列微控制器集成了一組（各自獨立8路）增強型的PWM波形發(fā)生器。PWM波形發(fā)生器內(nèi)部有一個15位的PWM計數(shù)器供8路PWM使用，用戶可以設置每路PWM的初始電平，在工作時會不斷地根據(jù)PWM時鐘源信號計數(shù)，直到達到設定值（0~32767可自由設置），產(chǎn)生溢出并歸零，繼續(xù)重新計數(shù)，如此往復。PWM波形發(fā)生器為每路PWM又設計了兩個16位的用于控制波形翻轉(zhuǎn)的計數(shù)器T1、T2。由于8路PWM是各自獨立的，且每路PWM的初始狀態(tài)可以獨立設定，所以用戶可以將其中的任意兩路配合起來使用，可實現(xiàn)互補對稱輸出以及死區(qū)控制等特殊應用。1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.2STC8的PWM外設產(chǎn)生PWM信號(寄存器）符號地址B7B6B5B4B3B2B1B0PWMCKSFFF2H

SELT2PWM_PS[3:0]表1-1PWMCKS的bit設置值表1-2PWM_PS[3:0]系統(tǒng)時鐘預分頻參數(shù)SELT2PWM_PS[3:0]PWM時鐘源1x定時器2的溢出脈沖00000SYSclk/100001SYSclk/200010SYSclk/3………0xSYSclk/(x+1)………01111SYSclk/161.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.2STC8的PWM外設產(chǎn)生PWM信號(寄存器）PWM每個通道的(PWMnTIH,PWMnTIL)和(PWMnT2H,PWMnT2L)分別組合成兩個15位的寄存器，用于控制各路PWM每個周期中輸出PWM波形的兩個翻轉(zhuǎn)點。PWM控制寄存器PWMnCR，第7位ENCnO輸出使能位（1/0：PWM端口/GPIO端口），第6位CnINI設置PWM輸出端口的初始電平（1/0：高電平/低電平），第4位和第3位Cn_S[1:0]：PWM輸出功能腳切換選擇，第2位ECnI：第n通道的PWM中斷使能控制位（1/0：使能/關閉），第1位ECnT2SI：第n通道的PWM在第2個翻轉(zhuǎn)點中斷使能控制位（1/0：使能/關閉），第0位ECnT1SI：第n通道的PWM在第1個翻轉(zhuǎn)點中斷使能控制位（1/0：使能/關閉）。1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)硬件配置STC8A8K64S4，系統(tǒng)時鐘頻率24MHz，使用增強型PWM波形發(fā)生器。使用4個通道PWM4-->P2.4，PWM5-->P2.5，PWM6-->P2.6，PWM7-->P2.7。程序流程①初始化設置PWMCKS、PWMC、PWMnT1、PWMnT2、PWMnCR。②啟動PWM模塊工作。③4個通道輸出頻率1kHz，PWM4~PWM7占空比50%~80%，產(chǎn)生1kHz輸出頻率、主程序略。1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.3STM32F4微控制器外設實現(xiàn)PWM信號外設實現(xiàn)PWM的軟件流程：①選擇端口選擇通道。②選擇計數(shù)模式。③設置計數(shù)脈沖來源，設置計數(shù)器總線頻率，設置預分頻和自動裝載值。④設置高（或低）電平的計數(shù)值。⑤啟動PWM。注意的問題1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.3STM32F4微控制器外設實現(xiàn)PWM信號STM32F4的定時器的通道輸出可大體分為兩類輸出比較模式和PWM模式，都可以用來輸出PWM波。一個定時器如果用輸出比較模式，可以方便的調(diào)節(jié)每一路PWM波的頻率用PWM模式則這個定時器控制的多路PWM頻率只能同時調(diào)定時器的計數(shù)模式向下計數(shù)模式和中心對齊模式三種，Up/Down/Center。PWM模式有PWM1和PWM2TIM_OCPolarity極性有High和Low兩種常用PWM1+High的組合，即向上計數(shù)計數(shù)值TIMx_CNT<TIMx_CCR（捕獲/比較寄存器）時輸出高電平。1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.3STM32F4微控制器外設實現(xiàn)PWM信號PWM輸出的是一個矩形信號，信號的頻率是由TIMx的時鐘頻率和TIMx_ARR預分頻器所決定的，而輸出信號的占空比則是由TIMx_CRRx寄存器確定的。通常先確定TIMx_ARR預分頻值，再確定TIMx的時鐘頻率，最后向CRR中填入適當?shù)臄?shù)，可以輸出所需的占空比矩形信號。1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.4STM32F4微控制器實現(xiàn)2路互補PWM信號使用高級控制定時器（TIM8）生成PWM的編程流程：①使能定時器通道各個引腳端口時鐘。②對于高級控制定時器TIM8的各個通道引腳進行初始化，配置好輸出模式和輸出速度。③根據(jù)HAL庫的函數(shù)進行定時器的配置，包括周期、計數(shù)方向、預分頻等。④設置各個通道的電平跳變值，以及輸出通道和互補輸出通道的極性。⑤使能外設時鐘，調(diào)用函數(shù)輸出PWM。1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.4STM32F4微控制器實現(xiàn)2路互補PWM信號用TIM8定時器產(chǎn)生占空比30%互補的兩路PWM信號。APB2timer總線168MHz，設置預分頻168-1，計數(shù)值100-1，得10kHz周期頻率。設置兩個通道的計數(shù)值都是30-1，CH1，CH1Nploarity：High，Low（或相同）；CH2，CH2Nploarity。使能TIM8定時器，直接在端口可以獲得PWM信號。HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,

TIM_CHANNEL_1);

HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,

TIM_CHANNEL_2);

HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim8,

TIM_CHANNEL_1);

HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim8,

TIM_CHANNEL_2);

1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.5PWM控制基本斬波電路

降壓（Buck）電路升壓（Boost）電路Display是仿真時顯示負載電阻的電壓U0，占空比α為25%，Buck電路U0是

2.9904V，Boost電路U0是16.1785V。1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.5PWM控制基本斬波電路

降壓（Buck）電路升壓（Boost）電路

實驗電路占空比84%1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)1.4.5PWM控制基本斬波電路

降壓（Buck）電路升壓（Boost）電路PWM信號除用于直流基本斬波電路控制開關器件外，其他直流斬波電路、交流斬波、功率因數(shù)校正電路等，都可以采用PWM信號控制，其控制方法與基本斬波電路的控制方法相同。1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)小結(jié)1. 脈沖寬度調(diào)制1.1 PWM信號1.2 PWM信號的產(chǎn)生方法1.3 微控制器開發(fā)的基本流程1.4 微控制器的PWM實現(xiàn)思考與練習串口重定向接受上位機信息編程產(chǎn)生2路互補PWM信號，按鍵可調(diào)脈寬電力電子控制技術基礎與實踐電力電子控制技術基礎與實踐上篇 1. 脈沖寬度調(diào)制 2. 正弦波脈寬調(diào)制

3. 信號濾波 4. 反饋控制 5. 坐標變換 6. 空間電壓矢量脈寬調(diào)制 下篇 7. 電力電子技術的PLECS仿真實驗 8. 電力電子技術的實驗箱實驗 電力電子控制技術基礎與實踐2. 正弦波脈寬調(diào)制

2.1 SPWM信號參數(shù) 2.2 SPWM生成方法 2.3 SPWM控制方案 2.4 SPWM的電路實現(xiàn) 2.5 STC8微控制器的SPWM實現(xiàn) 2.6 STM32F4微控制器的SPWM實現(xiàn) 2.1 SPWM信號參數(shù)2.2.1載波比N=fc/fr（載波頻率fc，調(diào)制信號頻率fr）異步調(diào)制同步調(diào)制分段同步調(diào)制2.2.2調(diào)制度M=Ur/Uc，通常情況下0<M≤12.2.3總諧波畸變率周期性交流量中諧波含量方均根值（即有效值）和其基波分量方均根值之比圖2-1SPWM原理圖PWM脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，為正弦波脈寬調(diào)制SPWM2.2 SPWM生成方法2.2.1面積等效法（計算法）按照面積相等的原理，通過積分等運算解出各脈沖的寬度和間隔來生成SPWM第k個區(qū)間的脈沖寬度ΔkM為調(diào)制度N為一個周期內(nèi)的脈沖個數(shù)面積等效法，計算較繁瑣，計算量大，使用較少。2.2 SPWM生成方法2.2.2跟蹤法滯環(huán)比較方式滯環(huán)環(huán)寬△I對跟蹤性能有較大的影響。環(huán)寬過寬時，開關動作頻率低，但跟蹤誤差增大。環(huán)寬過窄時，跟蹤誤差減小，但開關的動作頻率過高，開關損耗隨之增大。電抗器L1可起到限制電流變化率的作用。。圖2-3電流跟蹤滯環(huán)比較控制原理圖和波形圖2.2 SPWM生成方法2.2.2跟蹤法三角波比較方式三角波比較方式不是參考信號和三角波直接比較產(chǎn)生PWM波形，而是電壓比較器比較三角波信號和(I-I_ref)信號，三角波為載波。電流跟蹤型三角波圖2-4電流跟蹤型三角波比較方式產(chǎn)生PWM原理圖2.2 SPWM生成方法2.2.3調(diào)制法自然采樣法規(guī)則采樣法對稱規(guī)則采樣法不對稱規(guī)則采樣法（1）自然采樣法在正弦波和三角波的自然交點時刻控制功率開關器件的通斷圖2-5三角載波和正弦波比較產(chǎn)生SPWM的模型、波形圖自然采樣法原理2.2 SPWM生成方法（2）對稱規(guī)則采樣法以每個三角波的對稱軸（頂點對稱軸或低點對稱軸）所對應的時間作為采樣時刻，過三角波的對稱軸與正弦波的交點，做平行t軸的平行線，該平行線與三角波的兩個腰的交點作為SPWM波“開”和“關”的時刻。圖2-6對稱規(guī)則采樣法對稱規(guī)則采樣法原理2.2 SPWM生成方法（3）不對稱規(guī)則采樣法每個載波周期采樣兩次，頂點、底點各一次，頂點對應時刻t1、底點對應時刻t2。采樣所形成的階梯波與三角波的交點并不對稱，因此稱其為不對稱規(guī)則采樣法。圖2-7不對稱規(guī)則采樣法不對稱規(guī)則采樣法原理對稱規(guī)則采樣法ton不對稱規(guī)則采樣法ton2.2 SPWM生成方法2.3 SPWM控制方案2.3.1單極性SPWM單極性SPWM所得的信號有正、負和0三種電平圖2-8單極性SPWM2.3 SPWM控制方案圖2-9單極性SPWM驅(qū)動橋式逆變電路2.3 SPWM控制方案2.3.2雙極性SPWM信號電平極性有兩種：1和-1。2.3 SPWM控制方案圖2-11雙極性SPWM驅(qū)動橋式逆變電路原理圖、驅(qū)動信號2.3 SPWM控制方案2.3.3倍頻式SPWM將載頻倍頻輸入，形成倍頻式SPWM。倍頻式SPWM逆變電路指輸出電壓等效載波頻率fcp是逆變器件開關頻率fc的2倍。圖2-12倍頻式SPWM逆變電路原理圖和波形圖2.3 SPWM控制方案特點比較單極性SPWM①基波成分與調(diào)制波信號成線性關系。②不含載波諧波。③不含k為偶數(shù)次的諧波。④諧波出現(xiàn)在載波頻率附近。雙極性SPWM①在載波比足夠大，調(diào)制比小于1的時候，基波成分與調(diào)制信號成線性關系。②不含偶數(shù)次載波諧波。③諧波出現(xiàn)在載波頻率整數(shù)倍頻率附近。倍頻SPWM①基波成分與調(diào)制波信號成線性關系。②不含載波諧波。③不含偶數(shù)次諧波。④諧波出現(xiàn)在載波頻率偶數(shù)倍頻率附近。2.3 SPWM控制方案2.3.4三相SPWM仿真模型

圖2-13三相SPWM逆變仿真電路模型2.3 SPWM控制方案2.3.4三相SPWMSPWM信號圖2-14三相正弦信號、三角載波信號、三個橋臂的驅(qū)動信號2.3 SPWM控制方案2.3.4三相SPWM逆變波形圖2-15逆變電路的相電壓波形、線電壓波形、線電壓的濾波后波形圖2.4 SPWM的電路實現(xiàn)專用的SPWM集成電路產(chǎn)生SPWM信號TDS4578、TDS2285等通用集成電路產(chǎn)生SPWM信號使用信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波與三角波相比較調(diào)制產(chǎn)生SPWM的逆變電路例電路包括多個模塊電路：正弦波發(fā)生電路、三角波發(fā)生電路、SPWM發(fā)生電路、反相延遲隔離電路、驅(qū)動電路、橋式電路、電源與插座電路。XR2206是單片函數(shù)發(fā)生器集成電路，能夠產(chǎn)生正弦、三角波，RP8、RP13調(diào)節(jié)工作頻率。RP4正弦波對稱性調(diào)整，RP5為THD調(diào)節(jié)，RP6為輸出幅值調(diào)節(jié)正弦波頻率2.4 SPWM的電路實現(xiàn)2.4 SPWM的電路實現(xiàn)調(diào)制信號sin、載波tri與SPWM（分別為通道1、2、3），輸出電容C4兩端電壓波形為正弦波。調(diào)制信號約50Hz，三角載波頻率要遠高于（10倍以上）調(diào)制信號頻率，三角載波頻率越高輸出正弦波的諧波幅值越小。圖2-17調(diào)制信號sin、載波tri與SPWM信號波形圖2.5 STC8微控制器的SPWM實現(xiàn)2.5.1STC8微控制器軟件模擬法產(chǎn)生SPWM信號硬件環(huán)境：使用STC8A8K64S4微控制器驗證，12MHz系統(tǒng)工作頻率，端口P1.1輸出信號。微控制器默認12T工作模式，每個計時脈沖時間12/12MHz=1μs。也可以設置AUXR=0x80，提高工作頻率，微控制器運行在1T工作模式。定時器T0工作在16位定時模式1，不自動重裝載，用于產(chǎn)生SPWM波形的定時。將每個載波周期內(nèi)的Tpwh、Tpwl依次寫入數(shù)組x[]、y[]，每個數(shù)組有24個值。2.5 STC8微控制器的SPWM實現(xiàn)2.5.1STC8微控制器軟件模擬法產(chǎn)生SPWM信號fc=Nfr=1200Hz，

Tc=1/(Nfr)=1/1200s,在12T模式工作模式下，高低電平T0計數(shù)值（周期）約834，用對稱規(guī)則采樣法的數(shù)學模型公式Tpwh、Tpwl計算TH0和TL0的值。TH0共24個值。軟件包括初始化、主程序、定時器中斷程序。①初始化程序完成定時器T0的設置。②主程序空循環(huán)。③定時中斷程序在中斷發(fā)生時，輸出端口電平翻轉(zhuǎn)，并按照x[]的值順序修改定時器的中斷值，直到所有x[]的值取完后從頭重復取值。程序（略）2.5 STC8微控制器的SPWM實現(xiàn)有誤差，只能用于頻率精度要求不高的場合。為減小誤差，可以修正x[]值、提高運行頻率、或單獨使用另一個定時器提供載波周期等方法。圖2-18示波器測試SPWM波形圖2.5 STC8微控制器的SPWM實現(xiàn)2.5.2互補兩路帶死區(qū)的SPWM程序硬件環(huán)境：STC8A8K64S4微控制器，PWM發(fā)生器外設，10kHz載波頻率，50Hz信號頻率。P5.2端口接LED用于運行指示，使用PWM3和PWM4，端口輸出P2.3和P2.4。微控制器晶振頻率24MHz，啟用PWM中斷。軟件模塊：①初始化程序完成T_SinTable[]賦值，PWM模塊等初始化程序。②main函數(shù)流程：串口初始化，PWM模塊初始化，開全局中斷，循環(huán)LED翻轉(zhuǎn)顯示。③PWM中斷函數(shù)流程：清除中斷標志，查表T_SinTable[]取值，死區(qū)修正，賦值PWM，串口輸出PWM值，修改SPWM查表索引值至下一個數(shù)，用串口傳輸當前的SPWM脈寬值，中斷返回。對稱規(guī)則采樣法對稱規(guī)則采樣法產(chǎn)生SPWM非對稱規(guī)則采樣法對稱規(guī)則采樣法產(chǎn)生SPWM135.

j=T_SinTable[PWM_Index];136. 137. PWM3T1H=0;

138. PWM3T1L=0;139. PWM4T1H=(u8)(j>>8);

140. PWM4T1L=(u8)j;

141. 142. j+=PWM_DeadZone;143.144. PWM3T2H=(u8)(j>>8);

145. PWM3T2L=(u8)j;146. PWM4T2H=0;147. PWM4T2L=PWM_DeadZone;

150.j=T2_SinTable[PWM_Index];151.if(PWM_Index==199)152.j2=T2_SinTable[0];153.else154.j2=T2_SinTable[(PWM_Index+1)];155.j+=j2;156.PWM3T1H=0;

157PWM3T1L=0;158.PWM4T1H=(u8)(j>>8);

159.PWM4T1L=(u8)j;

160. 161.j+=PWM_DeadZone;162. 163.PWM3T2H=(u8)(j>>8);

164.PWM3T2L=(u8)j;165.PWM4T2H=0;166.PWM4T2L=PWM_DeadZone2.5 STC8微控制器的SPWM實現(xiàn)2.5 STC8微控制器的SPWM實現(xiàn)實驗示波器儀器串口示波器圖2-20串口示波器測試的j變量波形2.5 STC8微控制器的SPWM實現(xiàn)2.5.3STC8微控制器三相SPWM波形程序硬件：STC8A8K64S4微控制器，工作頻率24MHz，產(chǎn)生帶死區(qū)正弦波調(diào)制三相SPWM互補波形，信號頻率50Hz，SPWM調(diào)制頻率10kHz。軟件：包括初始化程序，中斷程序，主程序。在中斷函數(shù)中用printf("%d,%d,%d\n",i,j,k)，打印(i，j，k)圖2-22串口示波器顯示i，j，k波形2.6 STM32F4微控制器的SPWM實現(xiàn)2.6.1STM32F4產(chǎn)生sin和tan信號硬件環(huán)境：使用型號STM32F407的微控制器，系統(tǒng)時鐘頻率168MHz。程序流程：產(chǎn)生兩個相位相差120o的sin信號，產(chǎn)生一個tan信號并通過串口回傳上位機顯示。36.for(m=0;m<=628;m++)37.{39.u=tan(((float)(m))/100);40.v=sin(((float)(m)+209.33)/100);41.w=sin(((float)(m)-209.33)/100);42. 43.u1=(int)(u*10000);44.v1=(int)(v*10000);45.w1=(int)(w*10000);46.printf("%d,%d,%d\n",u1,v1,w1);47.}圖2-23串口示波器觀測到的波形2.6 STM32F4微控制器的SPWM實現(xiàn)2.6.2諧波注入法產(chǎn)生PWM信號硬件環(huán)境：使用型號STM32F407的微控制器，外部時鐘25MHz，內(nèi)部工作頻率168MHz