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FOC SVPWM函数PWMC_SetPhaseVoltage解析

2022-04-23 05:51:00 【tilblackout】

一、扇区判断

wUAlpha = Valfa_beta.qV_Component1 * ( int32_t )pHandle->hT_Sqrt3;//hT_Sqrt3为2/√3
wUBeta = -( Valfa_beta.qV_Component2 * ( int32_t )( pHandle->hPWMperiod ) ) * 2;
wX = wUBeta;
wY = ( wUBeta + wUAlpha ) / 2;
wZ = ( wUBeta - wUAlpha ) / 2;

ST官方扇区如下所示：

通过反Park变换得到矢量 $V_{\alpha }$ 和 $V_{\beta }$ ，首先要知道二者合成的矢量处于哪个扇区。以待合成的矢量在第一扇区为例，当 $V_{\alpha }>0$ 且 $V_{\beta }<0$ 时，矢量可能处于I或II扇区，只需求tan角度即可判断合成的矢量在那个扇区。

最终总结出的规律如下：

由上表可知，判断 $V_{\beta }$ 、 $\sqrt{3}V_{\alpha }-V_{\beta}$ 、 $-\sqrt{3}V_{\alpha }-V_{\beta}$ 与0的大小关系即可，后续还要根据该变量算三相占空比，所以这里乘以了周期T。
           $wX=-V_{\beta }T$
           $wY= \frac{\sqrt{3}V_{\alpha }T-V_{\beta }T}{2}$
   $wZ= \frac{-V_{\beta }T-\sqrt{3}V_{\alpha }T}{2}$
   1、wY<0：即 $\sqrt{3}V_{\alpha }<V_{\beta}$ ，目标矢量在3、4、5扇区
               (1)wZ<0，则在扇区5
               (2)wZ≥0：①wX≤0时，在扇区4 ②wX>0时，则在扇区3
       2、wY>0：即 $\sqrt{3}V_{\alpha }>V_{\beta}$ ，目标矢量在1、2、6扇区
               (1)wZ≥0，则在扇区2
               (2)wZ<0：①wX≤0时，在扇区6 ②wX>0时，则在扇区1

二、矢量时间计算

这里以第一扇区为例进行解释。

（1）首先需要确保相邻矢量合成的矢量在正六边形边界内，否则逆变器的电压输出波形将要失真。

基本空间向量的幅值，即相电压的值，大小为 $\frac{2V_{dc}}{3}$ ,当非零矢量作用时间为0时，相邻基本空间向量合成矢量大小为 $\frac{2V_{dc}}{3}\times sin60^{\circ}$ 。二者相除，即为归一化处理后的基本空间向量的幅值: $\frac{1}{sin60^{\circ}}= \frac{2}{\sqrt{3}}$ 。

（2）接下来就是计算矢量作用时间了

$V_{out}\times \cos\theta= |V_{4}|\times\frac{T_{4}}{T}+ |V_{6}|\times \frac{T_{6}}{T} \times\cos60^{\circ} = V_{\alpha }$

$V_{out}\times \sin\theta= |V_{6}|\times \frac{T_{6}}{T} \times\sin60^{\circ} = -V_{\beta }$ （ST官方以第四象限为基准，所以有负号）

$|V_{4}|=|V_{6}|= \frac{2}{\sqrt{3}}$

最终可求出：

$T_{4}= \frac{\sqrt{3}V_{\alpha }T+V_{\beta }T}{2}$ ， $T_{6}= -V_{\beta }T$

发现 $T_{4}= -wZ$ ， $T_{6}= wX$ ，而零矢量作用时间 $T_{0}=T-T_{4}-T_{6}$ 。

接下来分析一下代码中占空比：

第一扇区的七段式SVPWM的发波顺序为：0-4-6-7-6-4-0

现在我们要求出A、B、C三相的CCR值 wTimePhA、 wTimePhB和wTimePhC，而TIM设置为中央对齐模式，最终可以得出：

$wTimephA= (T - \frac{T+Z-X}{2})\div2 = \frac{T-Z+X}{4}$

$wTimephB= wTimephA - T_{4}\div2 = wTimephA+\frac{Z}{2}$

$wTimephC= wTimephB-T_{6}\div2= wTimephB-\frac{X}{2}$

同理可得其它扇区的七段式SVPWM的占空比和发波波形：
- 表中的tA、tB、tC表示整个高电平时间，和CCR值不同。

为何不同扇区A、B、C相的波形不同？

首先来看六个扇区的定义，这里不是按0~6顺序排列的，而是保证相邻两个扇区仅差一个位，这样可以减少MOSFET的开关次数。

最终可以总结出不同扇区具有如下切换顺序，用二进制画出来就对应前面不同扇区的SVPWM 7段图

扇区	七段SVPWM顺序
I	0-4-6-7-7-6-4-0
II	0-2-6-7-7-6-2-0
III	0-2-3-7-7-3-2-0
IV	0-1-3-7-7-3-1-0
V	0-1-5-7-7-5-1-0
VI	0-4-5-7-7-5-4-0

最后再以第一扇区为例，分析相关的配置代码：

static void MX_TIM1_Init(void)
    TIM_InitStruct.CounterMode = LL_TIM_COUNTERMODE_CENTER_UP;
    TIM_InitStruct.Autoreload = ((PWM_PERIOD_CYCLES) / 2);

uint16_t PWMC_SetPhaseVoltage( PWMC_Handle_t * pHandle, Volt_Components Valfa_beta )
    pHandle->hSector = SECTOR_1;
    wTimePhA = ( int32_t )( pHandle->PWMperiod ) / 4 + ( ( wX - wZ ) / ( int32_t )262144 );
    wTimePhB = wTimePhA + wZ / 131072;
    wTimePhC = wTimePhB - wX / 131072;
    pHandle->hCntPhA = ( uint16_t )wTimePhA;
    pHandle->hCntPhB = ( uint16_t )wTimePhB;
    pHandle->hCntPhC = ( uint16_t )wTimePhC;
    pSetADCSamplingPoint = pHandle->pFctSetADCSampPointSect1;
    return ( pSetADCSamplingPoint( pHandle ) );

static uint16_t R3_1_F30X_WriteTIMRegisters( PWMC_Handle_t * pHdl )
    TIMx->CCR1 = pHandle->_Super.hCntPhA;
    TIMx->CCR2 = pHandle->_Super.hCntPhB;
    TIMx->CCR3 = pHandle->_Super.hCntPhC;

（1）CCR直接等于hCntPhA、hCntPhB、hCntPhC

从上面七段SVPWM的图中可以看出，a、b、c三相的的PWM波形为中央对齐的：