機車空調(diào)逆變電源控制系統(tǒng)及其實現(xiàn)

2.2 SPWM脈寬調(diào)制信號的產(chǎn)生

實行SPWM脈寬調(diào)制時，在一個調(diào)制信號（正弦波）周期內(nèi)所包含的三角載波的個數(shù)稱為載波頻率比N（亦即載波比）。在變頻過程中，即調(diào)制信號周期變化過程中，每個調(diào)制信號周期內(nèi)載波個數(shù)不變的調(diào)制稱為同步調(diào)制，載波個數(shù)相應(yīng)變化的調(diào)制稱為異步調(diào)制。同步調(diào)制在輸出頻率很低時，由于相鄰兩脈沖間的間距增大，諧波會顯著增加，使負載電機產(chǎn)生較大的脈動轉(zhuǎn)矩和較強的噪聲，發(fā)熱量增加；另外，這種調(diào)制由于載波周期隨調(diào)制波周期連續(xù)變化而變化，在利用微處理機進行數(shù)字化技術(shù)控制時，帶來極大不便，難以實現(xiàn)。為此，本逆變器采用異步調(diào)制原理，避免了上述現(xiàn)象的發(fā)生。

在實際工程中，為方便單片機控制，采用查表法生成SPWM脈寬調(diào)制信號。應(yīng)用工程軟件Matlab編程計算所需正弦表，將一個周期正弦波分成4096個數(shù)據(jù)，預(yù)先存入單片機存儲區(qū)中。由MCP4定時器產(chǎn)生周期溢出中斷，并在該中斷的中斷服務(wù)程序中讀取正弦表中的一個數(shù)據(jù)點，每次查表后正弦表指針加1，滿周期后循環(huán)查詢，一個MCP4定時器周期等于一個SPWM載波周期。根據(jù)沖量等效原理(大小、波形不同的窄脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時，只要它們的沖量即變量對時間的積分相等，其作用效果基本相同)可知，載波頻率越高，逆變器輸出SPWM波諧波含量越小，越接近正弦波。但是載波頻率受開關(guān)器件（IPM）本身開關(guān)能力的限制，開關(guān)頻率越高，器件發(fā)熱量越大。綜合考慮器件開關(guān)損耗和輸出波形質(zhì)量的要求，通過設(shè)置定時器周期寄存器（P_TMR4_TPR）確定一個載波周期為6000個系統(tǒng)周期，若系統(tǒng)時鐘頻率為24M，則載波周期為4K。單片機定時查詢CAN總線傳來的頻率給定信號，計算出查正弦表時所用的步進值（查表時所用的步進值越大，輸出SPWM波形頻率越高）。查表所得值被載入比較匹配寄存器（P_TMR4_TGRA、P_TMR4_TGRB、P_TMR4_TGRC），與定時器計數(shù)寄存器值比較輸出不同脈寬的調(diào)制波，具體原理如圖2所示，當(dāng)定時器計數(shù)寄存器計數(shù)值（P_TMR0_TCNT）與比較匹配寄存器（P_TMR0_TGRA）值相等時輸出信號產(chǎn)生電平 翻轉(zhuǎn)。查表時A、B、C三相通過引入數(shù)據(jù)表地址指針偏移量實現(xiàn)三相互差波形輸出。

圖2 脈寬比較輸出原理圖

通過定時查詢CAN總線傳來的工作模式給定信號，逆變器可輸出不同頻率的SPWM波，準確控制空調(diào)機組工作模式。逆變器輸出波形如圖3、圖4所示。

圖3 未濾波逆變器輸出波形