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三相正弦波脉宽调制(SPWM)信号发生器SM2001

时间:05-23 来源:互联网 点击:

方便地控制SM2001。由于是全数字化的设计,内部的波形发生器、乘法器、PWM波形产生电路的精度都高于最后实际的输出精度,所以产生的SPWM波形具有非常高的准确度和稳定性。而精确的波形可以使功率输出电路的效率得到提高。

SM2001完全可以作为微处理器的一个独立的外部电路工作。在设置初始化条件后,SM2001完全自动产生SPWM驱动波形。只有当需要改变输出波形或处理异常中断等状态时,才需要微处理器的干预。

在SM2001芯片内部有两套标准的三相SPWM驱动波形,即纯正弦波和高效准正弦波。可通过端口WVS的设置电平来选择。其中纯正弦波主要用于UPS等系统,而高效准正弦波主要用于交流电机驱动方面,这种波形可提高电机驱动系统的效率。这两种

波形可以满足绝大部分的应用需求。对于特殊的波形需求则可以通过修改波形发生器来得到。

4内部控制寄存器说明

SM2001的工作状态和输出信号的参数是由内部的寄存器控制。寄存器大小为8Bit,地址用3Bit的二进制码表示。故通讯数据为11Bit。

4?1频率控制寄存器PFR(地址011)

控制三相SPWM波的频率,256级选择精度,地址为011。它控制输出的PWM合成的正弦波的频率,三相波形的频率是相同的,通过此寄存器进行选择。B7B6B5B4B3B2B1B0
Pf7Pf6Pf5Pf4Pf3Pf2Pf1Pf0
输出的三相波频率fsin由式(1)算出

fsin=fclk×PFR/(512×192×256)(1)

式中:fclk——是系统时钟的频率;

PFR——PFR寄存器的值(0~255)。

例如:如果时钟频率为20MHz,PFR=63,则三相正弦波的频率为50.1Hz。

4?2调制度控制寄存器AMPR(地址010)

改变输出三相波的幅度,256级选择精度,地址为010。它控制输出的PWM合成的正弦波的幅度,三相波形的幅度是相同的,通过此寄存器进行选择。B7B6B5B4B3B2B1B0
Amp7Amp6Amp5Amp4Amp3Amp2Amp1Amp0
输出的三相波幅度Asin由式(2)算出

Asin=(AMPR/255)×100%(2)

式中:AMPR——AMPR寄存器的值(1~255)。

例如:如果后级功率电路的直流电压为300V,AMPR=128,选取纯正弦波输出,则输出正弦波的峰值电压为150V,有效值电压为106V。但根据死区时间和窄脉冲时间的大小不同而产生的效应,实际的输出电压可能略小于此数值。

4?3PWM开关频率和窄脉冲寄存器FPDR

(地址001)

设置PWM载波的开关频率和要删除的无效窄脉冲宽度,地址为001。PWM的开关频率是后级大功率管或大功率模块的重要参数之一,它往往取决于后级功率电路的开关时间、工作效率、是否要静音设计等要求。本芯片的PWM的开关频率与时钟频率有关,在20MHz时钟时最高开关频率可达到38kHz,完全满足高速仪表中的静音设计要求。B7B6B5B4B3B2B1B0
CF1CF0PD5PD4PD3PD2PD1PD0
4.3.1PWM频率选择位CF1、CF0

当CF1、CF0为11、10、01、00时,其对应的分频系数N则分别为8、4、2、1。

PWM开关频率fc由式(3)算出

fc=fclk/(512×N)(3)

例如:若时钟频率为20MHz,PWM频率选择字为11,则

fc=20000000/(512×8)=4882Hz

4.3.2窄脉冲时间选择位PD5~PD0

窄脉冲的时间tpd由式(4)算出

tpd=PD/(fc×512)(4)

式中:PD——窄脉冲时间选择数值。

窄脉冲删除功能是指在PWM波中,由于后级电路的开关时间问题,小于tpd宽度的脉冲不能引起后级电路的动作,可以被删除去。参见图3。

4?4死区时间选择寄存器DTIM(地址100)

设置PWM载波的死区时间宽度,地址为100。B7B6B5B4B3B2B1B0
--DT5DT4DT3DT2DT1DT0
PWM载波的死区时间也是后级大功率管或大功率模块的重要参数之一,它取决于后级功率电路的导通时间和截止时间。对于采用IGBT作为功率输出的电路,则尤为重要。如果设置不当,会导致功率电路烧毁或谐波失真增加,死区时间设置参见图4。

死区时间tpdy由式(5)算出:

tpdy=DT/(fc×512)(5)

式中:DT——死区时间选择数值。


图3窄脉冲删除示意图


三相正弦波脉宽调制(SPWM)信号发生器SM2001


表2复位状态时各寄存器内容寄存器复位值111111111100110000111110XX111111
寄存器窄脉冲选择和PWM频率寄存器幅度控制寄存器AMPR频率控制寄存器PFR死区时间控制寄存器DTIM
fclk=20MHzVDD=300VfPWM=4882Hztpd=25.6μs80%50Hztpdy=25.6μs


图4死区时间设置


图5数据的输入时序


4?5开启命令START(地址110)

在完成芯片的各项参数的初始化设置后,通过往地址110中写入5FH,即可以开启芯片的SPWM输出。以后的参数改变,一旦写入寄存器即立即表现出来,不必再使用开启命令了。

5三线同步串行接口

SM2001的寄存器是通过一个三线同步串行接口进行设置的。A0A1A2D0D1D2D3D4D5D6D7
寄存器选择寄存器数据

当片选CS为低时,芯片进入串行通信状态,在每个时钟CK的上升沿,数据线

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