谢运祥 薛英杰 来源：《国外电子元器件》

     摘要：gms97c2051是lg公司生产的与mcs51系列兼容的20脚小型化cpu芯片，具有价格便宜、功能完善的特点。文中介绍了利用该芯片实现逆变器控制所必需的spwm发生器的原理和方法，并对cpu的计算过程、软件设计流程进行了详细说明。

     关键词：单片机

     不对称规则采样spwm pwm调制 gms97c2051

     1 引言

     在中小功率的三相逆变器中，脉宽调制（pwm）控制技术已获得了广泛应用。pwm的实现方法也多种多样，有模拟电路方法、数字电路方法和软件计算方法等，为了提高pwm的输出质量和可靠性，一些模拟电路或数字电路的pwm都通过专用集成电路芯片来实现，如hef4752、sa8282等，然而这些芯片价格较高。我们利用廉价的gms97c2051单片机通过不对称规则采样spwm算法来输出高精度的三相spwm波形，从而实现了逆变器的spwm控制。实验证明，这种方法简单可行。

     2 不对称规则采样spwm算法

     不对称规则采样spwm算法是在三角形载波的顶点和底点对调制波进行采样以形成阶梯，并用此阶阶梯波与三角波的交点来确定pwm。由于在一个三角形载波周期中需采样两次，因此采样周期是载波周期的一亲。设调制比为m，采样周期为ts，则在三角形顶点采样计算的脉冲数据ton、toff以及在三角形底点采样计算的脉冲数据t'on、t'off分别为：

     ton=ts(1+msinωt1)/2

     toff=ts(1-msinωt2)/2

     t'on=ts(1+msinωt2)/2

     t'off=ts(1-msinωt2)/2

     脉冲宽度为：

     tpu=ts[1+m(sinωt1+sinωt2)]/2

     式中t1、t2分别为顶点采样和底点采样所对应的时刻。

     不规则采样spwm算法在载波比（即三角波与调制波频率之比）等于3的整数倍时，输出spwm不存在偶次谐波分量，其它高次谐波的幅值也较小。

     3 算法在gms97c2051中的实现

     考虑到三相逆奕器输出电压的对称性，可以取载波比n为3的整数倍，这样每个采样周期ts所对应的电角度为π/n，而三相互差的120°电角度应为2nπ/3，因此在上述的三角形的顶点和底点的采样计算的脉冲数据所对应的不规则采样规律可表示为：

     ton=ts[1+msin(kπ/n)]/2

     toff=ts[1-msin(kπ/n)]/2或

     ton=ts[1+msin(k-2n/3)π/n]/2

     toff=ts[1-msin(k-2n/3)π/n]/2或

     ton=ts[1+msin(k+2n/3)π/n]/2

     toff=ts[1-msin(k+2n/3)π/n]/2

     式中k为采样次数。

     以上三组公式分别为逆变器u、v、w相的脉冲计算规律。设逆奕器的输出频率为f,则有：

     2nfts=1

     一般来说，逆变器的输出电压需随频率的变化而改变，即要求调制比m随逆奕器输出频率发生变化，其变化的规律由负载的需要来决定。如逆变器用于驱动电机运行则在电额定频率以下，通常希望得到恒定的u/f比控制，那么，则应有：

     m=a+bf

     其中a、b是与电机参数有关的常数。

     综合上述分析，在逆变器输出频率已知的情况下，根据逆变器开关器件的开关频率限制可选择恰当的载波比n，并可根据t=1/(2nf)得出周期ts，再根据负载情况算出应采用的调制比m，那么根据u、v、w相的脉冲计算方式即可计算出逆变器u、v、w相的spwm波形，因此整个计算过程可在单片机中完成。通常事先将正弦函数值计算好作为表格保存，以供计算过程中实时计算查询。

     4 微机控制系统

     图1所示为整个gms97