深入浅出FOC矢量控制–PWM波、SPWM波、SVPWM波

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2.7PWM波、SPWM波、SVPWM的区别

2.7.1PWM波

只要控制过电机应该都知道PWM波。下面简单回顾一下PWM的基本形式:

PWM波的基本形式

PWM波本质是利用面积等效原理来改变波形的有效值。举个例子，一个电灯只有开和关两个状态，那么要怎么让它实现50%亮度的效果的呢？只需要让它在一半时间开，一半时间关，交替执行这两个动作只要频率足够高，在人眼（低通滤波器）看起来就是50%亮度的样子了。而其中高电平占一个开关周期的比例，就叫做占空比。利用PWM可以实现使用离散的开关量来模拟连续的电压值。

2.7.2SPWM波

前面分析了，如果要平稳地驱动三相电机转动，我们就需要生成三个相位相差120度的正弦波，然后形成圆形旋转磁场，最终带动电机转动。但是我们最终的控制对象是MOS管的开通和关断，只有电压最大值和0值两个状态啊，怎么去生成连续变化的正弦波呢？

用前面提到的PWM技术就可以做到，所谓SPWM就是这么干的，如下图：

SVPWM波基本形式

大家观察一下上图的波形，我们用上面坐标系中的正弦波和三角波的交点投影到下面的坐标轴，以此确定PWM的占空比变化规律，这样合成的PWM波，经过低通滤波器之后，其实就等效为了一个正弦波！所以SPWM就是在PWM的基础上用正弦波来调制合成的具有正弦波规律变化的方波。

我们把局部展开图放大如下所示:

SPWM调制局部放大

通过局部放大图可以知道，锯齿波和调制正弦波的交点为A和B，因此A点所需时间为T1，B点所需时间为T2，所以在该周期内，PWM所需要的脉冲时间宽度为Ton。

知道了SPWM的调制方式，那么要实际产生一个SPWM应该怎么产生呢？

这里我们可以借助DSP或者MCU来实现，这里我们以TMS320F2812为例:

DSP要产生产生PWM，我们可以使用它的EV模块，这里主要使用它的中央对齐模式，产生的PWM如下图所示:

DSP产生带死区PWM波

图中我们看到，EV模块初始化完成以后，从0开始递增计数，计数到TIPR中设置的以后，开始递减计数，一直到0，这就完成了一个PWM周期的计数。当计数到TICMPR设置值时，PWM引脚的输出电平开始翻转，这样就产生了固定占空比的PWM波。那么举一反三，只要改变TICMPR中的值不就可以产生不同占空比的PWM波了吗。

仔细观察上图，定时器的中央计数模式，不就是我们SPWM中的三角波吗？我们只要把TICMPR中的值按照正弦规律来设置不就能够产生SPWM了吗？其实实际就是这么做的。这是其中一相的，如果需要产生三相，那也是一样的道理。

这不是很理想吗？不对，我们在FOC控制中并不会采用SPWM的调制方式。

最主要的原因是，通过上面三个半桥逆变器电路的分析我们可以知道，我们并不好在某一时刻独立地控制某一时刻电机的三个相电压，也就很难合成三路这种SPWM波了；另外SPWM也比后面要说的SVPWM的电压利用率要低15%（具体怎么算的这里就不介绍了）。

2.6.3SVPWM波

SVPWM是目前常用的脉宽调制技术，基于空间矢量脉宽调制方法，实现了比SPWM更高的电压利用率。关于SVPWM的具体实现在后面进行详细讲解，这里先说SVPWM的结果，SVPWM解算完成以后输出的是马鞍波，图形如下所示

马鞍波

这也是与SPWM最大的不同，SPWM的调制波是正弦波，而SVPWM的调制波是马鞍波。SVPWM输出三相调制波中存在共模分量（零序分量），该分量的存在不对实际三相电机负载产生影响，但是存在中性点对地的电位浮动，同时就是该零序分量的存在，提高了电压利用率。零序分量中含有大量的三次谐波，因此我们也可以通过正弦波与其对应的三次谐波来合成马鞍波。

SVPWM调制信号中基波、零序分量及合成的马鞍波如下所示:

SVPWM调制信号中基波、零序分量及合成马鞍波

得到SVPWM解算输出的马鞍波以后，我们就可以输入到DSP的比较寄存器TICMPR了，然后就按照马鞍波的规矩来进行调制，最后来驱动电机。