4. 三相逆变器与PWM调制原理

三相逆变器的本质，是用六个功率开关把直流母线电压“切”成三路相位互差120°的交流电压。无论采用SPWM还是SVPWM，最终都要落到ePWM模块的比较寄存器、死区子模块和动作限定器上。理解这条从“调制算法”到“寄存器波形”的链路，是C2000电机控制开发的核心基本功。

一、从正弦调制到空间矢量：两种看待同一件事的方式

SPWM的思路直观：把三相正弦调制波分别与三角载波比较，得到三路占空比按正弦规律变化的PWM。设调制比 m = V_ref/(V_dc/2)，线电压基波幅值最大为 0.866·V_dc（m=1时），直流电压利用率偏低。

SVPWM换了一个视角：把三相桥臂的8种开关状态（000~111）映射到α-β平面，得到6个有效矢量（V1~V6，幅值 2V_dc/3）和2个零矢量（V0、V7）。任意参考电压矢量 V_ref 由相邻两个有效矢量和零矢量在一个PWM周期 T_s 内合成，即伏秒平衡：

T1 = √3·Ts·|Vref|/Vdc · sin(60° − θ)
T2 = √3·Ts·|Vref|/Vdc · sin(θ)
T0 = Ts − T1 − T2

其中θ为 V_ref 在当前扇区内相对起始矢量的角度。SVPWM的线性调制区可达内切圆半径 V_dc/√3，线电压基波幅值最大为 V_dc，比SPWM高出约15.5%。这正是电机驱动普遍采用SVPWM的原因。

二、死区插入：防止直通，但会带来电压畸变

同一桥臂上下管绝不能同时导通，否则直流母线经两管短路，瞬间烧毁器件。因此必须在关断信号与开通信号之间插入死区时间 T_db。以C2000的ePWM为例，死区由DB子模块产生：DBCTL[OUT_MODE]选择A/B两路是否都加死区，DBCTL[POLSEL]选择极性，DBRED/DBFED分别设置上升沿与下降沿延时，计数单位为 TBCLK。

死区带来的副作用是输出电压偏差。以A相电流流出桥臂为正方向，当电流为正时，下管续流期间输出被钳到负母线，实际占空比被“吃掉”一段；电流为负时则相反。平均误差电压近似为：

ΔV ≈ −sign(i_A) · (Tdb / Ts) · Vdc

在低速小占空比时，这个误差占比很大，会造成电流波形过零畸变和转矩脉动。工程上常用死区补偿：根据相电流方向，在调制波上叠加一个与 T_db/T_s·V_dc 对应的补偿量。补偿时要注意电流过零点的抖动，通常加一个滞环或对补偿量做低通平滑，避免在零点附近来回切换。

三、最小脉宽限制：窄脉冲既发不出也采不到

当调制波接近峰值或谷值时，计算出的脉宽可能只有几十纳秒。这样的窄脉冲会遇到两个问题：一是驱动芯片和功率管根本来不及响应，实际输出与理论不符；二是ePWM的比较事件可能被后续事件覆盖，导致脉冲丢失。因此需要设置最小脉宽 T_min，典型取值与驱动电路传输延时和开关时间有关，例如 0.5~1 μs。

处理方式通常有两种：一是脉宽小于 T_min 时直接删除该脉冲（窄脉冲消除）；二是把脉宽强制拉宽到 T_min，同时把多出的时间从同周期其他矢量中扣除，保持伏秒平衡。C2000的ePWM没有硬件最小脉宽单元，需要在软件中通过比较值限幅实现，例如：

// 以TBPRD为周期，CMPA为比较值
if (cmpA < MIN_CMP) cmpA = MIN_CMP;
if (cmpA > TBPRD - MIN_CMP) cmpA = TBPRD - MIN_CMP;

四、ePWM模块配置要点

把上述算法落到寄存器，关键是理清各子模块的分工。时基TB设定载波周期与计数模式，电机驱动一般用增减计数（中心对齐），这样PWM谐波更优、电流采样点可放在计数器过零处。计数频率与周期关系为：

TBCLK = SYSCLKOUT / (HSPCLKDIV × CLKDIV)
Ts = 2 × TBPRD / TBCLK   （增减计数模式）

例如SYSCLKOUT=100 MHz，HSPCLKDIV=1，CLKDIV=1，要得到10 kHz载波，则 TBPRD = 100e6/(2×10e3) = 5000。

比较子模块CC设置CMPA/CMPB，动作限定器AQ根据ZRO、PRD、CAU、CAD事件决定EPWMxA/EPWMxB的置位与清零。七段式SVPWM通常让EPWMxA在CAU置高、CAD清零，EPWMxB在CAU清零、CAD置高，形成互补。死区DB再对这对互补信号插入 T_db。事件触发ET可选择在计数器过零或周期处产生ADC启动信号，保证采样时刻与PWM同步。中断则用于在每个PWM周期更新下一周期的比较值。

五、一个可对照的配置示例

以三相逆变、载波10 kHz、死区1 μs、最小脉宽0.6 μs为例，关键参数如下表。表中数值为教学示例，实际项目需按器件手册和驱动电路调整。

验证时，用示波器同时观察EPWMxA与EPWMxB：两者应为互补关系，且上升沿与下降沿之间有明显死区；改变CMPA，占空比应线性变化；把CMPA设到接近0或TBPRD，应能看到最小脉宽限幅生效，脉冲不会消失。若发现死区不足或互补关系异常，优先检查DBCTL的OUT_MODE与POLSEL配置，以及AQ的动作事件是否与计数方向匹配。

SPWM与SVPWM在ePWM层面的差别，主要在于比较值的计算方式：SPWM直接由三相正弦查表或计算得到CMPA，SVPWM则先判断扇区、算T1/T2/T0，再折算成三路比较值。两者共用同一套TB、AQ、DB配置，因此掌握一套ePWM配置流程，就可以在两种调制方式之间切换验证。