Spwm
| Spwm |
 |
Spwm(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的採樣控制理論中的一個重要結論:衝量相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。SPWM法就是以該結論為理論基礎，用脈衝寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關器件的通斷，使其輸出的脈衝電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區間內的面積相等，通過改變調製波的頻率和幅值則可調節逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。
目錄
簡介
PWM的全稱是Pulse Width Modulation(脈衝寬度調製)，它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。廣泛地用於電動機調速和閥門控制，比如電動車電機調速就是使用這種方式。
所謂SPWM，就是在PWM的基礎上改變了調製脈衝方式，脈衝寬度時間占空比按正弦規律排列，這樣輸出波形經過適當的濾波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用於直流交流逆變器等，比如高級一些的UPS就是一個例子。三相SPWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領域被廣泛的採用。
該方法的實現有以下幾種方案。
1.1 等面積法
該方案實際上就是SPWM法原理的直接闡釋，用同樣數量的等幅而不等寬的矩形脈衝序列代替正弦波，然後計算各脈衝的寬度和間隔，並把這些數據存於微機中,通過查表的方式生成PWM信號控制開關器件的通斷,以達到預期的目的.由於此方法是以SPWM控制的基本原理為出發點,可以準確地計算出各開關器件的通斷時刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在計算繁瑣,數據占用內存大,不能實時控制的缺點。
1.2 硬件調製法
硬件調製法是為解決等面積法計算繁瑣的缺點而提出的,其原理就是把所希望的波形作為調製信號,把接受調製的信號作為載波，通過對載波的調製得到所期望的PWM波形。通常採用等腰三角波作為載波，當調製信號波為正弦波時，所得到的就是SPWM波形。其實方法簡單，可以用模擬電路構成三角波載波和正弦調製波發生電路，用比較器來確定它們的交點，在交點時刻對開關器件的通斷進行控制，就可以生成SPWM波。但是，這種模擬電路結構複雜，難以實現精確的控制。
1.3 軟件生成法
由於微機技術的發展使得用軟件生成SPWM波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應運而生。軟件生成法其實就是用軟件來實現調製的方法，其有兩種基本算法:即自然採樣法和規則採樣法.
1.3.1 自然採樣法
以正弦波為調製波,等腰三角波為載波進行比較,在兩個波形的自然交點時刻控制開關器件的通斷,這就是自然採樣法.其優點是所得SPWM波形最接近正弦波,但由於三角波與正弦波交點有任意性，脈衝中心在一個周期內不等距，從而脈寬表達式是一個超越方程，計算繁瑣，難以實時控制。
1.3.2 規則採樣法
規則採樣法是一種應用較廣的工程實用方法，一般採用三角波作為載波。其原理就是用三角波對正弦波進行採樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點時刻控制開關器件的通斷，從而實現SPWM法.當三角波只在其頂點(或底點)位置對正弦波進行採樣時，由階梯波與三角波的交點所確定的脈寬，在一個載波周期(即採樣周期)內的位置是對稱的，這種方法稱為對稱規則採樣。當三角波既在其頂點又在底點時刻對正弦波進行採樣時，由階梯波與三角波的交點所確定的脈寬，在一個載波周期(此時為採樣周期的兩倍)內的位置一般並不對稱，這種方法稱為非對稱規則採樣。
規則採樣法是對自然採樣法的改進,其主要優點就是是計算簡單,便於在線實時運算,其中非對稱規則採樣法因階數多而更接近正弦.其缺點是直流電壓利用率較低,線性控制範圍較小。
以上兩種方法均只適用於同步調製方式中。
1.4 低次諧波消去法
低次諧波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次諧波為目的的方法。其原理是對輸出電壓波形按傅氏級數展開，表示為u(ωt)=ansinnωt,首先確定基波分量a1的值，再令兩個不同的an=0，就可以建立三個方程，聯立求解得a1,a2及a3,這樣就可以消去兩個頻率的諧波。
該方法雖然可以很好地消除所指定的低次諧波，但是，剩餘未消去的較低次諧波的幅值可能會相當大，而且同樣存在計算複雜的缺點。該方法同樣只適用於同步調製方式中。
1.5 梯形波與三角波比較法
前面所介紹的各種方法主要是以輸出波形儘量接近正弦波為目的，從而忽視了直流電壓的利用率，如SPWM法,其直流電壓利用率僅為86.6%。因此,為了提高直流電壓利用率，提出了一種新的方法--梯形波與三角波比較法.該方法是採用梯形波作為調製信號，三角波為載波，且使兩波幅值相等，以兩波的交點時刻控制開關器件的通斷實現PWM控制。
由於當梯形波幅值和三角波幅值相等時，其所含的基波分量幅值已超過了三角波幅值，從而可以有效地提高直流電壓利用率。但由於梯形波本身含有低次諧波。所以輸出波形中含有5次，7次等低次諧波。
評價
市場上使用的很多單片機都有生成SPWM控制波形的功能，該生成波形外接驅動電路即可驅動功率橋，達到逆變的目的。應該說，只要具有PWM模塊和定時器模塊的單片機都可以完成此任務。
具體實現即首先將正弦表賦值給數組。然後PWM波形發生模塊每個PWM周期進入中斷，在ISR中按照正弦表更改PWM比較器的值，依次循環即可。[1]