SPWM详解及其软件生成

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一.什么是SPWM

要说SPWM先得说PWM，英文全名Pluse Width Modulation，即脉冲宽度调制，实际上就是周期的矩形波，然后每个周期的占空比都可以自己设置就叫调制。比如Buck电路中开关管的PWM波，当输入不变时可以将它的占空比从40%变到60%就能提高母线输出电压。

图一 .占空比固定pwm波与载波

而SPWM前面加了个S（Sine），即正弦脉宽调制，意思就是：还是这个周期的矩形波，但不同的是占空比不是如40%固定的，而是按照正弦规律变化的。

SPWM一般由三角波（载波）和正弦波（调制波）比较而成。硬件生成方法是将三角波和正弦波加入比较器得到；软件是通过定时器或者Epwm模块，按照中央计数模式生成三角波，经由CCR比较模块动作产生对应高低电平，即SPWM。

如图，我们将正弦函数和三角载波都归一化处理，正弦波幅值要小于三角波，这里取0.8。在一个很小的Δt时段内正弦函数值和占空比的值相等。例如图中Δt时段正弦波的值是0.8左右（A点电压值），它的矩形波占空比也是80%。同时我们可以看出矩形波的频率和三角波相等。正弦波被三角波“切割”成高频的spwm，用以控制开关管，然后spwm通过低通滤波滤除高次谐波后，得到原来的正弦波。图示情况下从0开始半个期内SPWM占空比是0->0.8->0按照正弦函数变化，要得到某时的占空比，得到此时的sine值就可以了，sine值可以事先放入表中。

二.SPWM软件生成

利用单片机输出PWM波，然后让占空比正弦规律变化。

实现步骤可以简单分为三步，以stm32为例：

（1）生成载波。比如要生成一个10KHZ的三角波，将计数器设置加减计数、周期设为1/10K就ok啦。这样生成的三角波的幅值是多少呀，3.3V？其实在单片机里面都是数字信号，三角波最高点的时候可以用一个计数值来表示，比如8400，最低点是0。不用管他的电压是多少。

（2）生成正弦波。这一步用软件生成一个正弦表即可。比如将正弦波取200个点，即将一个正弦分割成200份，每个点代表一个幅值。用离散的数字量表达正弦模拟量。

（3）将正弦波和三角波进行比较。

a.什么时候进行比较。设置计数值达到比较值产生动作。

b.比较完之后，需要改变比较值，用于下一个周期进行比较（比较值可以理解为占空比），比较值查正弦表获得，这样就生成了占空比正弦规律变化的SPWM。

c.调制度m。m=正弦表最大值/三角波最大计数值。如正弦表最大值4200，三角波最大计数值8400，m=4200/8400=0.5，此时spwm最大占空比为50%，设置m=1，spwm最大占空比为100%。

如图所示，要注意因为是单极性调制，spwm和三角载波都是大于0的。在单相全桥逆变电路中，开关管交替导通时输出电压Ud自然会倒过来为负，Ud经过滤波就是一个正弦波。

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