4. 高分辨率ePWM与数字PWM生成

在数字电源、电机驱动和并网逆变器中，PWM 的“分辨率”直接决定了控制精度与谐波分布。传统 ePWM 以系统时钟（SYSCLK）计数，当开关频率较高或 SYSCLK 较低时，一个计数周期内可用的时间台阶很少，占空比只能以较粗的步长变化，导致输出电压/电流出现量化误差，表现为低频谐波抬升、死区补偿不精细、多相并联时均流变差。C2000 的 ePWM 模块通过死区、移相、同步、斩波和高分辨率（HRPWM）五类机制，把“时间精度”从纳秒级推进到约 150 ps 级，从而在相同开关频率下显著降低谐波、提高控制环带宽利用率。

一、ePWM 的时间基准与分辨率来源

每个 ePWM 模块的核心是时基计数器 TBCTR，它由 TBCLK 驱动。TBCLK 由 SYSCLK 经时基分频器（HSPCLKDIV、CLKDIV）得到。设 SYSCLK=100 MHz，若不分频，TBCLK 周期为 10 ns；若开关频率为 100 kHz，则一个开关周期为 10 μs，对应 1000 个计数台阶，占空比分辨率为 0.1%。当开关频率升到 500 kHz，台阶只剩 200 个，分辨率降到 0.5%，量化误差明显。HRPWM 的做法是在 CMPA/CMPB 比较值上增加一个 8 位微边沿定位器（MEP），把边沿位置细分到 TBCLK 的 1/256 左右，使有效分辨率提升约两个数量级。需要注意：HRPWM 只作用于边沿位置，不改变载波频率；且 MEP 的可用范围受工艺、温度和电压影响，需通过 SFO（Scale Factor Optimizer）在运行时校准。

二、死区、移相、同步与斩波的分工

死区（DB）用于互补桥臂，防止上下管直通。DBCTL 可选择 A 通道上升沿延迟、B 通道上升沿延迟，或两者独立；典型值 100～500 ns，需大于功率管关断时间加驱动传输延迟。移相（Phase）通过 TBPHS 设置相位偏移，使多个 ePWM 模块的载波错开，用于多相 Buck、交错并联 PFC 和三相逆变。同步（Sync）通过 EPWMxSYNCI/EPWMxSYNCO 链路，让从模块在收到同步脉冲时把 TBCTR 装载为 TBPHS，从而保持固定相位关系。斩波（Chopper）则用高频载波对 PWM 输出进行调制，常用于变压器隔离栅极驱动，以减小脉冲变压器体积。四者关系可用下图概括：时基决定载波，比较值决定占空比，死区决定互补边沿间隔，移相/同步决定多模块相对位置，斩波决定输出脉冲的高频包络。

三、关键配置与参数示例

下面给出一个 100 kHz、互补输出、死区 200 ns、HRPWM 使能的配置片段，用于说明各寄存器之间的配合关系。示例参数为教学假设，实际需按器件手册和功率级验证。

// 假设 SYSCLK = 100 MHz, TBCLK = 100 MHz (HSPCLKDIV=1, CLKDIV=1)
// 开关频率 100 kHz → TBPRD = 100 MHz / 100 kHz / 2 = 500 (增减计数)
EPwm1Regs.TBPRD = 500;
EPwm1Regs.TBPHS.bit.TBPHS = 0;          // 主模块相位 0
EPwm1Regs.TBCTL.bit.CTRMODE = 2;        // 增减计数
EPwm1Regs.TBCTL.bit.PHSEN = 0;          // 主模块不接收同步
EPwm1Regs.TBCTL.bit.SYNCOSEL = 1;       // 计数到 0 时输出 SYNCO

// 占空比 40%：CMPA = TBPRD * (1 - 0.4) = 300（增减计数下）
EPwm1Regs.CMPA.bit.CMPA = 300;
EPwm1Regs.CMPAHR.bit.CMPAHR = 0x80;     // HRPWM 微边沿，约半 MEP 步进

// 死区 200 ns：DBRED = 200 ns / 10 ns = 20
EPwm1Regs.DBCTL.bit.OUT_MODE = 3;       // 使能 RED 和 FED
EPwm1Regs.DBCTL.bit.POLSEL = 2;         // A 高有效，B 反相
EPwm1Regs.DBRED.bit.DBRED = 20;
EPwm1Regs.DBFED.bit.DBFED = 20;

// HRPWM 使能
EPwm1Regs.HRCNFG.bit.HRLOAD = 1;        // 在 CTR=0 时装载 HR 值
EPwm1Regs.HRCNFG.bit.EDGMODE = 1;       // 上升沿高分辨率

从模块 EPwm2 若需移相 90°，则设置 TBPHS = TBPRD × 90°/180° = 250（增减计数下相位以半周期为参考），并使能 PHSEN，同时把 EPWM1SYNCO 连到 EPWM2SYNCI。这样 EPwm2 的载波相对 EPwm1 滞后 90°，多相并联时输入电流纹波相互抵消，等效纹波频率提高 4 倍。

四、结果观察与判断依据

配置完成后，可用示波器同时观察 EPWMxA、EPWMxB 和电感电流。判断要点：第一，互补两路之间应存在约 200 ns 的明显死区，且死区期间两路均为低电平；第二，移相模块的载波过零点应与主模块错开 90°，用双通道上升沿触发即可测量；第三，开启 HRPWM 后，占空比微调时输出脉宽应出现小于 10 ns 的连续变化，而不是跳变一个 TBCLK 台阶；第四，用功率分析仪观察输出电压谐波，在相同占空比下，HRPWM 使能后低次谐波（如 3、5、7 次）应有可测下降，具体幅度取决于原量化误差大小。若死区过大，输出电压基波幅值会下降、低次谐波反而上升；若 HRPWM 未校准，MEP 步进可能非线性，表现为脉宽抖动，此时应运行 SFO 库函数重新计算比例因子。