通過優化PWM算法提高智能微控制器控制性能解析方案

隨著電力電子技術和微電子技術的飛速發展，變頻調速技術也在日新月異地進步。智能微控制器的不斷完善和智能功率模塊(IPM)的更新換代更加促進了變頻調速技術的進步。近十多年來，以半導體功率器件為基礎的PWM變頻及脈寬調速技術在各個領域得到了廣泛的應用。如何在普通環境中應用最新的電子技術成果，通過優化PWM算法提高控制性能，一直是技術人員的不懈追求。

本文介紹三菱公司最近推出的一種16位專用變頻調速微處理器M37906及三菱公司第四代智能功率模塊DIP-IPM的性能特點，并結合不對稱規則采樣PWM算法，對微處理器M37906和智能功率模塊PS21245組成的變頻器的軟硬件進行說明。

1 M37906微處理器

1.1 M37906微處理器的功能和特點

M37906微處理器采用高性能硅柵CMOS工藝，具有42腳塑料表面粘貼(SSOP)和42腳塑窄腳雙列直插(SDIP)兩種封裝形式，提供FLASH芯片和掩膜ROM芯片兩種供貨方式，其基本特點如下：

基于指令 203條

指令執行時間 50ns(系統時鐘20MHz)

存儲器容量

片內ROM 32K byte

片內RAM 1024 byte

可編程輸入/輸出口 30 (P1，P2，P5，P6，P7)

串行通行口 2路

多功能定時器

AT0～TA9 10路16位

TB0～TB2 3路16位

看門狗定時器 1路12位

中斷源 23

外部中斷(INT3、INT4、INT5、INT6、INT7)

內部中斷(TA0～TA9)(TB0～TB2)

(UART0、UART1、A/D)

中斷優先級 7

A/D轉換 5路10位

D/A轉換 2路8位

供電電源 5V±0.5V

工作環境 -20℃±85℃

功耗 255mW(20MHz)

1.2 M37906單片微處理器[2]

M37906 單片微處理器是M7900系列16位單片機中專為三相電機驅動而設計的微處理芯片，特別適合于三相直流無刷電機的控制，結構封裝如圖1所示。其所有的 I/O口除了具有雙向輸入/輸出功能外還具有其它復合功能。其中DA0和DA1為D/A轉換口，可用于系統模擬量的輸出;AN0～AN4是A/D轉換接口，可用于模擬量的采集;WN、VN、UN和W、V、U是產生三相PWM控制信號的接口，可用于對三相電機的驅動;IDU、IDV、IDW為三相位置檢測口，用于三相無刷電機控制中對轉子位置的實時檢測;其余的定時器輸入、定時器輸出、串行通信接口等與普通單片機基本相同。下面著重介紹M37906處理器中三相PWM波形的生成和與此相關的定時器的工作方式。

M37906處理器內部具有TA0～TA9和TB0～TB2共十三個16位的多功能定時器。定時器之間相互獨立，每個定時器都可以選擇其獨立的工作方式。定時器TA0～TA9有四種工作方式：

定時工作方式：定時器對內部計數源計數。有普通、帶門控功能、帶脈沖輸出三種方式。

事件計數方式：定時器對一個外部脈沖計數，可對單相或兩相外部信號計數。

單次脈沖方式：定時器輸出一個給定寬度的脈沖信號，該方式只觸發一個，解發后停止記數。

脈沖寬度調制(PWM)方式：定時器輸出給定寬度的連續脈沖。

定時器TB0～TB2有三種工作方式：

定時工作方式：定時器對內部計數源計數。工作情況與定時器TA相同。

事件計數方式：定時器對一個外部脈沖計數，只能對單相外部脈沖信號計數。

脈沖周期/脈沖寬度測量方式：定時器測量外部脈沖的周期或寬度。