STM32非对称PWM模式实现动态移相(Asymmetric PWM mode的用法)

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MCU:STM32F334C8T6

STM32有多种PWM模式，实现各种不同的强大功能，本文使用非对称PWM模式，实现可动态改变移相相位的全桥PWM驱动波形

首先什么是非对称PWM模式？

Asymmetric mode allows two center-aligned PWM signals to be generated with a programmable phase shift.
那什么是center-aligned PWM？个人比较浅显的理解为计数器采用中心计数模式时的PWM，如下图所示（截自ST官方参考手册），所以这里和之前讲的PWM中最大的不同之一就是计数器模式的选择，一定是选择中心计数模式，可根据中断的需要选择中心计数模式1,2,3. 选择此模式之后对应的另外一个问题，是和之前的PWM区别之二：计数周期，由于中心对其模式在一个周期内分别向上向下计数一次，所以周期就变成了普通模式下的两倍，要想是输出波的频率不变，那么必须改变自动重装载寄存器ARR的值，使其为普通模式下的一半，则实现了所需要的频率的输出。

非对称PWM也有两种模式：
Asymmetric PWM mode 1 - OC1REF has the same behavior as in PWM mode 1.OC1REFC outputs OC1REF when the counter is counting up, OC2REF when it is counting down.
Asymmetric PWM mode 2 - OC1REF has the s

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在交错并联DC/DC、三相逆变等电力电子场合中，常常需要用到PWM移相，而且通常需要控制MOS、IGBT等开关器件的通断时间达到闭环控制的目的，因此需要改变占空比。因此本文主要研究如何使用STM32实现PWM移相的同时还可以动态调节占空比。在此前，我查阅了大量的方法，诚然，STM32实现这个方式比DSP要困难得很多，网上大部分方法都仅仅进行了PWM移相，但无法调节占空比。根据如下文章进行了配置，但是发现从定时器输出的PWM频率为主定时器的1/2(也许我有配置存在遗漏，欢迎读者指出)。
Asymmetric PWM mode
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非对称脉冲宽度调制（Asymmetric PWM）模式是一种在电力电子和电机控制领域广泛应用的调制技术。 ### 原理 在传统的对称PWM中，脉冲的上升沿和下降沿相对于载波周期的中心是对称的。而在非对称PWM模式下，脉冲的上升沿和下降沿相对于载波周期的中心是不对称的。这意味着脉冲的开通时间和关断时间在载波周期内的分布是不均匀的。例如，在某些情况下，脉冲可能在载波周期的前半部分开通时间较长，而后半部分开通时间较短，或者相反。 ### 优点 1. **谐波特性改善**：通过调整脉冲的不对称性，可以优化输出电压或电流的谐波分布。相比于对称PWM，非对称PWM可以在特定频率范围内减少谐波含量，从而降低系统的谐波损耗和电磁干扰（EMI）。 2. **动态响应提升**：在电机控制中，非对称PWM能够更快地响应负载变化。由于脉冲的不对称分布，可以更灵活地控制电机的转矩和速度，提高系统的动态性能。 3. **开关损耗优化**：根据功率器件的特性和工作条件，合理设计非对称PWM的脉冲模式，可以降低开关损耗。例如，避免在功率器件的高损耗区域进行频繁的开关操作。 ### 应用领域 1. **电机驱动**：在交流电机调速系统中，如永磁同步电机（PMSM）和异步电机（IM）的控制，非对称PWM模式可以提高电机的效率和控制精度，减少转矩脉动。 ```python # 简单示例代码，模拟非对称PWM在电机控制中的应用 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义载波周期和采样频率 carrier_period = 0.001 sampling_frequency = 10000 time = np.arange(0, 0.01, 1/sampling_frequency) # 定义非对称PWM参数 duty_cycle = 0.6 asymmetry_factor = 0.3 # 不对称因子 # 生成非对称PWM信号 pwm_signal = [] for t in time: carrier_value = np.sin(2 * np.pi * (1/carrier_period) * t) if carrier_value < asymmetry_factor * (2 * duty_cycle - 1): pwm_signal.append(1) else: pwm_signal.append(0) # 绘制非对称PWM信号 plt.plot(time, pwm_signal) plt.xlabel('Time (s)') plt.ylabel('PWM Signal') plt.title('Asymmetric PWM Signal') plt.show() ``` 2. **电力电子变换器**：在直流 - 直流（DC - DC）变换器和直流 - 交流（DC - AC）逆变器中，非对称PWM可以用于优化输出电压的质量，提高变换器的效率。 3. **可再生能源系统**：在太阳能光伏逆变器和风力发电变流器中，非对称PWM模式有助于提高能源转换效率，减少对电网的谐波污染。 ### 缺点 1. **控制复杂度增加**：由于非对称PWM的脉冲模式更加复杂，需要更精确的控制算法和参数调整。这增加了控制系统的设计难度和开发成本。 2. **对系统参数敏感**：非对称PWM的性能在很大程度上依赖于系统的参数，如负载特性、功率器件的特性等。当系统参数发生变化时，可能需要重新调整PWM的参数，以保证系统的性能。 ### 总结 非对称脉冲宽度调制模式通过调整脉冲的不对称性，为电力电子系统带来了一系列的优势，特别是在谐波特性、动态响应和开关损耗优化方面。然而，其控制复杂度和对系统参数的敏感性也需要在实际应用中加以考虑。
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