SVPWM实现概述

1 SVPWM基本原理

1.1 SVPWM基本原理

SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。

        在上图的逆变电路中，设直流母线上的电压为Udc，逆变器输出的三相相电压为UA、UB、UC，其分别施加在空间上互差120度的平面坐标系上，定义这三个电压空间矢量为UA(t)、UB(t)、UC(t)，他们方向始终在各自的轴线上，而大小随时间按正弦规律变化，时间相位上互差120度。假设Um为相电压的有效值，f为电源频率，则有：

        可见U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，为相电压峰值，且以角频率ω= 2πf按逆时针方向匀速旋转的空间矢量。而SVPWM算法的目的就是使用三相桥的开关状态把在空间中旋转的U(t)矢量表示出来。

        由于逆变器三相桥臂共有6个开关管，为了研究各相上下桥臂不同开关组合 时逆变器输出的空间电压矢量，特定义开关函数Sx(x=a、b、c) 为：

        (Sa、Sb、Sc)的全部可能组合共有八个，包括 6个非零矢量Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和两个零矢量 U0(000)、U7(111)，下面以其中一种开关组合为例分析，假设Sx(x=a、b、c)=(100)，此时等效电路如图：

因此相电压可以表示为：（相电压是每相相对于电机中间连接点的电压）

同理可得，其他开关状态三相的相电压。另外线电压是两相之间的电压差，如Uab=Ua-Ub。

如前面所说

当开关Sa=1时，UA(t)=Udc；当开关Sb=1时，UB(t)=Udc；当开关Sc=1时，UC(t)=Udc。

因此上式可以写成：

可以看到Uout的模值不变，改变的只是相位。

把上面的8个电压空间矢量按照Uout的相位关系放在扇区图中：

上图中，6个非零矢量幅值相同，相邻的矢量间隔60度。两个零矢量幅值为零，位于中心。

1.2.基本矢量作用时间计算与三相 PWM 波形的合成 

    在传统 SVPWM 算法如式（2-34）中用到了空间角度及三角函数，使得直接计算基本电压矢量作用时间变得十分困难。实际上，只要充分利用 Uα 和 Uβ 就可以使计算大为简化。
以 Uref 处在第Ⅰ扇区时进行分析，根据图 2-10 有：

 

    同理可求得Uref在其它扇区中各矢量的作用时间，结果如表2-4所示。

同理可求得Uref在其它扇区中各矢量的作用时间

2 SVPWM的实现过程

SVPWM是FOC的基础，其实现流程大致如下所示：

1. 判断合成矢量所在扇区

2. 计算相邻矢量作用时间

3. 计算各桥臂导通时间

4. 得到各相PWM占空比

5. 更新相应寄存器值

 

 SVPWM目标矢量是根据其所在扇区选择非零矢量与零矢量合成而成，有五段式、七段式、混合式，七段式开关次数较多，但谐波较小；五段式开关次数是七段式的一半，但谐波较大，下面的计算过程以七段式为例

 

2.1 判断合成矢量所在扇区

合成矢量UrefUref在二相坐标系αα轴和ββ轴的分量分别为UαUα、UβUβ（在FOC中，由反Park变换得到），由合成矢量落在各扇区的充分必要条件分析可知，可按如下方法确定合成矢量所属扇区：

令

若U1>0，则A = 1，否则A=0;

若U2>0，则B = 1，否则B=0;

若U3>0，则C = 1，否则C=0;

令 N = 4C +2B+A

N值与扇区关系对应如下：

N	1	2	3	4	5	6
扇区	II	VI	I	IV	III	V

 

2.2. 计算各相邻矢量作用时间

令

 

扇区	I	II	III	IV	V	VI
t1	-Z	Z	-X	X	-Y	Y
t2	X	Y	-Y	Z	-Z	-X

令

2.3. 计算各桥臂导通时间及占空比

扇区	I	II	III	IV	V	VI
TCM1	Ta	Tb	Tc	Tc	Tb	Ta
TCM2	Tb	Ta	Ta	Tb	Tc	Tc
TCM3	Tc	Tc	Tb	Ta	Ta	Tb

2.4. 将上面计算出的TCM1， TCM2， TCM3送入单片机定时器寄存器即可产生SVPWM