通过优化PWM算法提高智能微控制器控制性能解析方案

定死区时间的重加载寄存器，在设定死区时间寄存器(00A7H)时也同时自动加载到共用的重加载寄存器中;每次触发死区时间定时器时微处理器会重新加载该寄存器中的值，按选择的记数源进行减记数;当记数器下溢时，记数器停止工作，等待下一次触发。

M37906 具有两种三相PWM方式，即三相PWM方式0和三相PWM方式1。在方式0中每次定时器TA3溢出都会产生中断请求;定时器TA0～TA2各使用一个寄存器，通过设定U、V、W各相的输出极性设置缓冲的方法使输出极性反向，也可以通过软件方法直接使三相输出反向。而三相波形方式1中定时器TA3每两次或每四次向下溢出才会产生中断;每个定时器交替使用两个寄存器，只能通过设置三相输出波形的极性寄存器实现三相波的极性设置;在每个周期内根据三相输出极性设置缓存器的内容由硬件自动完成的三相波极性的反向。

2 PS21245智能功率模块

DIP -IPM模块是日本三菱公司最新推出的第四代IPM智能功率模块。IPM智能功率模块是集内置三相交流输出IGBT逆变电路、高压驱动程序保护于一体的双列直插封装模块。其内部既有驱动控制和保护逻辑，又有过流、过(欠)压、短路和过热探测和保护电路，大大提高了变频器的可靠性和可维护性。DIP-IPM 模块与第三代IPM智能功率模块相比具有以下特点：只需一路+15V的驱动电路，可不采用光耦直接与单片机进行连接，工艺上采用了更小的 IGBT/FWDi芯片，使功耗更低、体积更小。PS21245的每路IGBT集电极电流为20A，开关频率典型值5kHz，绝缘耐压1500Vrms，集电极-发射极额定电压600V，其内部电路如图2所示。

3 M37906微处理器和智能功率模块PS21245构成的变频器

M37906和PS21245智能功率模块构成的变频器结构如图3所示。其中IPM三相PWM控制信号通过4.7kΩ的上拉电阻后直接与M37906的P6相连(布线时要特别注意该组引线要尽可能短，以提高系统的抗干扰性能)。上臂驱动电源正极(VUFB、VVFB、 VWFB)和下臂驱动电源负极(VUFS、VVFS、VWFS)通过自举电路连到+15V，IPM的三个上臂控制电源端VP1和下臂控制电源端Vpc与+ 15V驱动电源直接相连。短路保护动作电压设定值CIN与VNC之间加限流电阻，根据实际保护动作电压的需要调整阻值。故障信号输出端Fo与M37906 的P6OUTcut/INT4相连。输出故障脉宽设定端CFO通过陶瓷电容与VNC相连，当选取22nF的电容时，对应的故障脉宽为1.8ms。IPM供电直流电源端P与+15V驱动电源连接。电源端N、上下臂GND端接模拟地。三相逆变输出端U、V、W与负载电机的U、V、W连接。

3.1 PWM采样方法[1]

PWM脉宽调制是利用相当于基波分量的信号对三角载波进行调制，脉冲宽度由正弦波和三角波自然相交而成的自然采样法，如图4所示。其中图4(a)为对称规则采术，设三角载波周期为Tt，采样周期为Ts(Ts=Tt)，当以三角波顶点t1为采样点时：

ton=Ts/4(1+Usinωt1),toff=Ts/4(1-Usinωt1) (1)

tpw=Ts/2(1+Usinωt1)

采样点时刻t1只与载波比N有关，与调节器幅比M无关(其中t1=kT1,k=0,1,2,…N-1)。

对于图4(b)所示的不对称规则采样法，既在三角波的顶点位置又在底点位置对正弦波进行采样时，采样周期Ts是三角波周期的1/2：

ton=Ts/2(1+Usinωt1)

toff=Ts/2(1-Usinωt1) (2)

ton=Ts/2(1+Usinωt2)

toff=Ts/2(1-Usinωt2)

脉冲宽度为：

tpw=ton+ton=Tt/2[1+U/2(sinωt1+sinωt2)]

t1=kTt/2(当k=0,2,4,6,…)

t2=kTt/2(当k=1,3,5,7,…)

其中k=0，1，2，3…，当k为偶数时是顶点采样，k为奇数时是底点采样。

3.2 软件结构

软件流程如图5所示。由于IPM智能模块只有一路+15V控制电源，为了使IPM正常启动，上电开始时通过依次开通下臂的IGBT，在上臂IGBT上进行足够脉宽的PWM输出，对IMP上臂驱动电源(VUFB、VVFB、VWFB)和下臂驱动电源(VUFS、VVFS、VWFS)上的自举电容进行充电。当自举电容为100μF，自举电阻为50Ω的情况下，自举充电时间约为5ms。自举完成后通过检测IPM的Fo输出判断IPM的运行情况。正常情况Fo输出判断IPM的运行情况。正常情况Fo输出的信号为高电平，当此端口输出低脉冲时，表示模块处于故障状态，通过INT4外部中断程序停止智能模块的输出。

三角载波是通过定时器由软件方式实现。载波周期定时器和采样定时器之间的关系决定着规则采样的性质。当载波周期定时器和采样定时器的周期相同时是对称规则采样，通过(1)式设定定时器TA0～TA2的预载寄存器;当载波半周期定时器和采样定时器的周期相同时是对称规则采样，通过(2)式进行计算设定。

通过上述两种方法可得到不同频率的三相PW