SVPWM-实战

接SVPWM原理分析-基于STM32 MC SDK 5.0这篇文章，分析了基本原理和代码

本章节讲实战操作，通过本文可以了解到程序的完整运行流程。，

1.硬件篇，要调试首先要了解基本的硬件状态，本文调试使用的是STM32F302的主控。

MOS管驱动部分如图1所示

配置接口如下：

PA7 ------> TIM1_CH1N

PB0 ------> TIM1_CH2N

PB1 ------> TIM1_CH3N

PA8 ------> TIM1_CH1

PA9 ------> TIM1_CH2

PA10 ------> TIM1_CH3

配置高级定时器TIM1 产生6路互补的PWM，带刹车保护，详细配置代码如下，

把下面的程序段拷贝到main.c 中直接可以输出PWM波形（BKIN下拉），方便读者验证

先看主程序：

 Volt_Components Vtest;

int8_t bSector;

int32_t wX, wY, wZ, wUAlpha, wUBeta;

int16_t hTimePhA=0, hTimePhB=0, hTimePhC=0;

   

int main(void)

{

HAL_Init();

SystemClock_Config();

MX_GPIO_Init();

MX_TIM1_Init();

Vtest.qV_Component1=-5000;

Vtest.qV_Component2=-2000;

 

while (1)

{

HAL_Delay(500);

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);

CALC_SVPWM( Vtest);

}

第一部分，定时器的初始化，如何判断初始化正确：

static void MX_TIM1_Init(void)

{

   

/* USER CODE BEGIN TIM1_Init 0 */

   

/* USER CODE END TIM1_Init 0 */

   

TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};

TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig = {0};

   

/* USER CODE BEGIN TIM1_Init 1 */

   

/* USER CODE END TIM1_Init 1 */

htim1.Instance = TIM1;//设置频率为16k

htim1.Init.Prescaler = ((TIM_CLOCK_DIVIDER) - 1);//分频系数为0

htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_CENTERALIGNED1;//TIM中央对齐模式1计数模式

htim1.Init.Period = ((PWM_PERIOD_CYCLES) / 2);/*Period max 4500 设置了在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值。

htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV2;/*设置定时器时钟CK_INT频率与死区发生器以及数字滤波器采样时钟频率分频化。Val ue：*/

htim1.Init.RepetitionCounter = REP_RATE;/*是否使用重复定时器，

当该值不为0的时候，计数器计数值达到周期数时，该值减1，计数器重新计数，当该值减到0的时候才会产生事件。*/

htim1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;

if (HAL_TIM_Base_Init(&htim1) != HAL_OK)

{

Error_Handler();

}

sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;

if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim1, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)

{

Error_Handler();

}

if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim1) != HAL_OK)

{

Error_Handler();

}

sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_OC4REF;

sMasterConfig.MasterOutputTrigger2 = TIM_TRGO2_RESET;

sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;

if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim1, &sMasterConfig) != HAL_OK)

{

Error_Handler();

}

sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;

sConfigOC.Pulse = 0;

sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;

sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;

sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;

sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET;

sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;

if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)

{

Error_Handler();

}

if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK)

{

Error_Handler();

}

if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_3) != HAL_OK)

{

Error_Handler();

}

sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode = TIM_OSSR_DISABLE;

sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode = TIM_OSSI_DISABLE;

sBreakDeadTimeConfig.LockLevel = TIM_LOCKLEVEL_1;

sBreakDeadTimeConfig.DeadTime = DEADTIME;

sBreakDeadTimeConfig.BreakState = TIM_BREAK_DISABLE;

sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity = TIM_BREAKPOLARITY_LOW;

sBreakDeadTimeConfig.BreakFilter = 0;

sBreakDeadTimeConfig.Break2State = TIM_BREAK2_DISABLE;

sBreakDeadTimeConfig.Break2Polarity = TIM_BREAK2POLARITY_LOW;

sBreakDeadTimeConfig.Break2Filter = 0;

sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_ENABLE;

if (HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim1, &sBreakDeadTimeConfig) != HAL_OK)

{

Error_Handler();

}

/* USER CODE BEGIN TIM1_Init 2 */

   

/* USER CODE END TIM1_Init 2 */

HAL_TIM_MspPostInit(&htim1);

HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);

HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);

   

 

HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);

HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);

 

HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_3);

HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_3);

 

// TIM1->CCR1=1000;//

//        TIM1->CCR2=4500/2;

// TIM1->CCR3=75;

   

}

以下内容是重点，关于确认TIM定制器的配置是否ok

 HAL_TIM_MspPostInit(&htim1); //GPIO 初始化

//以下是测试代码：判断GPIO的初始化是否OK,可以判断死区的设置时间是否正确

HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);

HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);

 

HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);

HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);

 

HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_3);

HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_3);

 

TIM1->CCR1=1000;//

  TIM1->CCR2=4500/2;

TIM1->CCR3=75;

PWM输出占空比的范围测试：

htim1.Init.Period =4500 ,频率16K,对应的周期为：62.5uS，设定死区时间1000ns=1us。约占1.6%

占空比范围测试：

序号	CCRX的值	TIM1_CH1N 占空比大小	TIM1_CH1N 高电平时间	TIM1_CH1 占空比大小	TIM1_CH1 高电平时间	备注
1	100	0.64%	0.4uS	96.15%	60us
2	500	9.615%	6us	87.18%	54.4us
3	1000	21.05%	13.2us	76.28%	47.6us
4	2250	48.72%	30.40	48.41%	30.4us
5	4420	96.79%	60.40us	0.32%	0.2us
6	4450	97.12%	(62.5-1.8)us	0	0	超限制
7	4490	98.08%	(62.5-1.2)us	0	0
8	70	0	0	96.8%	(62.5-2)us
9	5	0	0	98.4%	(62.5-1)us

从以上实验可知，超出4420之后TIM1_CH1N输出高电平，TIM1_CH1输出低电平

实测在4420-4500和 0-100，存在一部分单桥臂占空比变化区间

通过以上测试可以得到CCRX的值的变化范围，极其对应占空比的大小变化范围。

结论如下：CCRX的变化为为：100-4400，对应的占空比变化范围为：0.64%~96.79%。

如何判断死区时间是否合适？

CH1,CH2为单片机的输出信号，CH3为MOS输出信号，可以看到，时序上有明显的滞后

滞后的主要原因在于MOS驱动电路的延时，驱动芯片采购：IRS2005驱动芯片

有驱动芯片可以得到，延时时间在160ns-220ns（驱动延时）左右。实际的延时误差值在235ns（包含两部分，驱动延时和mos开启延时）

通道2位PWM输出，通道3位驱动芯片输出端，延时位186ns。

CH1,CH2 位MCU输出波形，CH3和CH4位驱动芯片输出波形。

CH1 MOS输出的波形， CH2为TIM1_CH1N，CH3为TIM1_CH1。实测占空比如下，调节TIM1_CH1的占空比其实就是调整

MOS输出的占空比。上图是CCRX的值为100是的数据。

当CCRX=2500时的波形如下所示：

当CCRX=4100时的波形如下所示：

通过以上可以看到，CCRX的值和MOS输出的波形的占空比成正比，机CCRX值越大，MOS输出的占空比越大。

死区时间的本质是为了防止上下管同时导通，造成MOS烧毁，或者损耗增大，软件设置死区时间为1000ns.

#define DEADTIME_NS ((uint16_t)1000) //死区时间(ns)，范围：0-3500,死区时间：

#define DEADTIME_NS ((uint16_t)1500) //死区时间(ns)，范围：0-3500,死区时间：

可以看到死区时间明显改变，死区时间的大小和MOS的性能相关性比较大，一般来说推荐设置为1000ns，可以可以根据实际情况具体调整，判断的依据，就是死区时间要大于MOS管的开区和关闭时间，即CH1的波形的上升时间和下降时间。

上升时间：100ns，下降时间100ns，选择不同 MOS参数会有差异。

以上讲了这么多，主要是梳理了一下PWM从MCU的引脚输出到控制MOS的输出，整个流程，同时也回答了，如何判断MOS死区时间设置是否争取的问题。整个流程供大家参考。以上提供的丰富的波形，方便大家调试才考使用。

3.第三部分，回到正题，验证第一篇文章中SVPWM函数输入的Vα和Vβ到3路占空比的计算公式，是否正确。

100

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/* Private macro -------------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PM */

#define SYSCLK_FREQ 72000000uL

#define TIM_CLOCK_DIVIDER 1

#define ADV_TIM_CLK_MHz 144

#define ADC_CLK_MHz 12

#define HALL_TIM_CLK 72000000uL

#define PWM_FREQUENCY 16000

#define SW_DEADTIME_NS 1000 /*!< Dead-time to be inserted

by FW, only if low side

signals are enabled */

#define DEAD_TIME_ADV_TIM_CLK_MHz (ADV_TIM_CLK_MHz * TIM_CLOCK_DIVIDER)

#define REP_RATE (1) //该参数可以调整电流环的刷新频率，刷新周期：(REP_RATE + 1)/(2*PWM_FREQ) 秒

#define PWM_PERIOD_CYCLES (uint16_t)(ADV_TIM_CLK_MHz*\

(unsigned long long)1000000u/((uint16_t)(PWM_FREQUENCY)))

#define DEADTIME_NS ((uint16_t)1000) //死区时间(ns)，范围：0-3500,死区时间：

#define DEADTIME (uint16_t)((unsigned long long)SYSCLK_FREQ/ 1*(unsigned long long)DEADTIME_NS/1000000000uL)

/* USER CODE END PM */

//SVPWM波形

#define SQRT_3 1.732051 //根号3

#define T (PWM_PERIOD_CYCLES * 2) //TIM1 ARR值的4倍((PWM_PERIOD_CYCLES) / 2)

#define T_SQRT3 (uint16_t)(T * SQRT_3)

#define SECTOR_1 (uint32_t)1

#define SECTOR_2 (uint32_t)2

#define SECTOR_3 (uint32_t)3

#define SECTOR_4 (uint32_t)4

#define SECTOR_5 (uint32_t)5

#define SECTOR_6 (uint32_t)6

void CALC_SVPWM(Volt_Components Stat_Volt_Input)

{

// int8_t bSector;

// int32_t wX, wY, wZ, wUAlpha, wUBeta;

// int16_t hTimePhA=0, hTimePhB=0, hTimePhC=0;

wUAlpha = Stat_Volt_Input.qV_Component1 * T_SQRT3;

wUBeta = -(Stat_Volt_Input.qV_Component2 * T);

wX = wUBeta;

wY = (wUBeta + wUAlpha)/2;

wZ = (wUBeta - wUAlpha)/2;

//下面是查找定子电流的扇区号

if (wY<0)

{

if (wZ<0)

{

bSector = SECTOR_5;

}

else // wZ >= 0

if (wX<=0)

{

bSector = SECTOR_4;

}

else // wX > 0

{

bSector = SECTOR_3;

}

else // wY > 0

{

if (wZ>=0)

{

bSector = SECTOR_2;

}

else // wZ < 0

if (wX<=0)

{

bSector = SECTOR_6;

}

else // wX > 0

{

bSector = SECTOR_1;

}

switch(bSector) //根据所在扇区号，计算三相占空比

{

case SECTOR_1:

case SECTOR_4:

hTimePhA = (T/8) + ((((T + wX) - wZ)/2)/131072);

hTimePhB = hTimePhA + wZ/131072;

hTimePhC = hTimePhB - wX/131072;

break;

case SECTOR_2:

case SECTOR_5:

hTimePhA = (T/8) + ((((T + wY) - wZ)/2)/131072);

hTimePhB = hTimePhA + wZ/131072;

hTimePhC = hTimePhA - wY/131072;

break;

case SECTOR_3:

case SECTOR_6:

hTimePhA = (T/8) + ((((T - wX) + wY)/2)/131072);

hTimePhC = hTimePhA - wY/131072;

hTimePhB = hTimePhC + wX/131072;

break;

default:

break;

}

TIM1->CCR1 = hTimePhA;

TIM1->CCR2 = hTimePhB;

TIM1->CCR3 = hTimePhC;

}

代码分析可以，Vtest.qV_Component1即为Vα Vtest.qV_Component2即为Vβ，下文直接用Vα ，Vβ表示

Vα ，Vβ值的变化范围为：-32767~+32767。可以根据上表的数据大小范围，推算出不用扇区并计算出对应的hTimePhA，hTimePhB和hTimePhC的值。

注意Vα,Vβ(未转换)的值模值不可超过32767，超出范围的电压矢量不可以生成。当控制矢量在空间旋转 360°后，逆变器就能输出一个周期的正弦波电压。

扇区	Vα	Vβ	hTimePhA	hTimePhB	hTimePhC	V1	V2	V3	A占空比	C占空比	D占空比	备注
I	1000	-1000	2343	2293	2156	12.37	11.95	11.03	51.92%	51.04%	47.92%	占空比1>2>3
I	20000	-5000	3600	1576	890	19.28	8.421	4.755	80.13%	35.14%	19.81%	图21
II	2000	-5000	2487	2593	1906	13.16	13.63	9.66	55.13%	57.51%	42.31%	占空比2>1>3
Ii	2000	-20000	2487	3622	876	12.97	19.24	4.093	55.13%	80.51%	19.55%	图22
III	-2000	-2000	2063	2473	2163	10.59	12.52	11.32	45.69%	53.99%	48.08%	占空比2>3>1
III	-30000	-2000	398	4102	3828	2.384	21.95	20.73	8.654%	91.05%	85.26%	图23
IV	-2000	2000	2063	2163	2437	10.59	10.98	12.86	45.69	48.08	53.99	占空比3>2>1
IV	-20000	5000	890	2925	3611	5.118	15.43	19.18	19.55	65.96	80.19	图24
V	-2000	5000	2013	1908	2594	10.36	9.753	13.65	44.55	42.49	57.69	占空比3>1>2
V	-2000	30000	2013	191	4310	10.37	1.062	23.14	44.55	4.167	95.83	图25
VI	2000	3000	2471	2029	2440	13.00	10.43	12.79	54.81	45.05	54.17	占空比1>3>2
VI	20000	3000	3542	959	1370	18.94	5.201	7.017	78.59	21.41	30.45	Tu 26