电机项目中瑞萨RA-T系列波形输出占空比详解

在电机工程中，有时需输出带死区的0%和100%的占空比PWM波形，以达到过调制效果。本文以RA6T2为例，介绍在使用RA-T系列芯片建立电机工程时，如何使用GPT的互补PWM模式输出带死区的0%和100%的占空比波形，其结果可推广应用到其他系列芯片和相关领域。

在系统设计确定的情况下，母线电压的值受硬件设计限定，是确定的、有限的。根据电压方程式分析，电机的可运转速度具有理论上限。有时根据控制需要，可以应用过调制的方法，在限定母线电压范围内，提高输出电压利用率，从而达到提高瞬时过载能力、动态响应速度等控制效果。

RA6T2的GPT模块，有4种互补PWM模式。主要的区别是缓冲寄存器的传送时刻不同：

（1）互补PWM模式1（在波峰传送）

（2）互补PWM模式2（在波谷传送）

（3）互补PWM模式3（在波峰和波谷传送）

（4）互补PWM模式4（立即传送）

当使用RA6T2设计电机系统时，可使用GPT的互补PWM模式3，输出带死区的0%和100%的占空比PWM波形。

使用互补PWM模式3，默认锁定三个连续的通道。根据芯片默认设置，可以使用GPT1，2，3作为一组配合输出，或者选择GPT4，5，6作为一组配合输出。

使用时，最低标号的通道作为主通道，相邻两个高标号通道作为从属通道。每个通道的计数器GTCNT按照主通道的周期循环并独立计数。对于每个通道，计数器在计数过程中，当GTCNT与GTCCRA发生比较匹配时，正向和负向的波形分别从GTIOCn+iA（i=0，1，2）和GTIOCn+iB管脚输出，并且根据主通道的GTDVU寄存器的值，输出死区时间。GTCCRA寄存器带缓冲功能，GTCCRC、临时寄存器A、GTCCRD作为缓冲寄存器使用。详细讲解，请参看数据手册21.3.3.7章节部分。

（100%和0%输出的原理性讲解和时序图讲解）

一般占空比模式输出时，发波逻辑请参看数据手册figure21.52所示：

当GPT工作在互补PWM模式3时，GPT32n+i.GTCNT按如上图方式循环计数。从图中可以注意到，GPT32n.GTCNT和GPT32n+1.GTCNT在计数时差一个死区时间的数值。这样在与GTCCRA发生匹配时，GTIOCnA和GTIOCnB将输出带死区的PWM波形。当缓冲寄存器的值发生更新后，在互补PWM模式3的机制下，GTCCRA将在波峰和波谷更新。

当需要输出带死区的100%占空比波形时，请参看数据手册figure21.61：

当GTCCRA的值设定大于等于周期值加死区时间计数值时，匹配无法发生，则因匹配对应的端口翻转动作就不会发生。GPT32n+i.GTCNT仍然按设定继续计数。在这种情况下，GPT将一直输出100%占空比波形。

当需要输出带死区的0%占空比波形时，请参看数据手册figure21.67：

GTCCRA的值设定为0时，匹配无法发生，则匹配对应的端口动作也不会发生。GPT32n+i.GTCNT仍然按设定继续计数。在这种情况下，GPT将一直输出0%占空比波形。

样例设计：

使用GPT4，5，6通道作为PWM输出通道，并设置工作模式为为互补PWM模式3，设定PWM波周期为125us，占空比按如下形式交替变化，并循环往复输出：

1）50%占空比

2）100%占空比

3）50%占空比

4）0%占空比

在FSP中的配置如下图所示，将GPT4通道波峰、波谷中断使能。

GPT初始化相关的关键工程代码如下：

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R_GPT4->GTCR_b.MD = 0x0E;
R_GPT5->GTCR_b.MD = 0x0E;
R_GPT6->GTCR_b.MD = 0x0E;//设置使用互补PWM模式3


R_GPT4->GTPR = 0x1D4C;//;
R_GPT5->GTPR = 0x1D4C;//;
R_GPT6->GTPR = 0x1D4C;//;


R_GPT4->GTPBR = 0x1D4C;//;
R_GPT5->GTPBR = 0x1D4C;//;
R_GPT6->GTPBR = 0x1D4C;//;
R_GPT4->GTPDBR = 0x1D4C;//;
R_GPT5->GTPDBR = 0x1D4C;//;
R_GPT6->GTPDBR = 0x1D4C;//设置周期125us;


R_GPT4->GTIOR_b.GTIOA = 0x09;
R_GPT5->GTIOR_b.GTIOA = 0x09;
R_GPT6->GTIOR_b.GTIOA = 0x09;
R_GPT4->GTIOR_b.GTIOB = 0x06;
R_GPT5->GTIOR_b.GTIOB = 0x06;
R_GPT6->GTIOR_b.GTIOB = 0x06;//设置引脚输出PWM波形具体形态


R_GPT4->GTBER2_b.CP3DB = 0;//
R_GPT5->GTBER2_b.CP3DB = 0;//
R_GPT6->GTBER2_b.CP3DB = 0;//使能双buffer功能


R_GPT4->GTCCR[0] = 0x0EA6;
R_GPT5->GTCCR[0] = 0x0EA6;
R_GPT6->GTCCR[0] = 0x0EA6;




R_GPT4->GTCCR[2] = 0x0EA6;
R_GPT5->GTCCR[2] = 0x0EA6;
R_GPT6->GTCCR[2] = 0x0EA6;


 R_GPT4->GTCCR[4] = 0x0EA6;
 R_GPT5->GTCCR[4] = 0x0EA6;
 R_GPT6->GTCCR[4] = 0x0EA6;//预设50%输出

在中断callback函数内设置循环发波逻辑，并更新PWM占空比：

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if(g_user_count<1000) g_user_count++;  // 循环控制基准递加


    if(g_user_count<=31)
    {
    u2_count_u = (uint16_t) ((u2_temp_base * (0.5F)) + (u2_temp_deadt * 0.5F));
    u2_count_v = (uint16_t) ((u2_temp_base * (0.5F)) + (u2_temp_deadt * 0.5F));
    u2_count_w = (uint16_t) ((u2_temp_base * (0.5F)) + (u2_temp_deadt * 0.5F));
    }//设置占空比50%


    else if(g_user_count<=93)
    {
    u2_count_u = (uint16_t) ((u2_temp_base * (1.0F))+ (u2_temp_deadt));
    u2_count_v = (uint16_t) ((u2_temp_base * (1.0F))+ (u2_temp_deadt));
    u2_count_w = (uint16_t) ((u2_temp_base * (1.0F))+ (u2_temp_deadt));
    }//设置占空比0%


    else if(g_user_count<=124)
    {
    u2_count_u = (uint16_t) ((u2_temp_base * (0.5)) + (u2_temp_deadt * 0.5F));
    u2_count_v = (uint16_t) ((u2_temp_base * (0.5)) + (u2_temp_deadt * 0.5F));
    u2_count_w = (uint16_t) ((u2_temp_base * (0.5)) + (u2_temp_deadt * 0.5F));
    }//设置占空比50%


     else if(g_user_count<=186)
     {
     u2_count_u = (uint16_t) (0);
     u2_count_v = (uint16_t) (0);
     u2_count_w = (uint16_t) (0);
     }//设置占空比100%


    else
    {
        g_user_count = 0;
    }//循环一周，计数清0


    R_GPT4->GTCCR[4] = (uint32_t) u2_count_u;
  R_GPT5->GTCCR[4] = (uint32_t) u2_count_v;
  R_GPT6->GTCCR[4] = (uint32_t) u2_count_w;//设置占空比寄存器

用示波器采集输出波形，黄色为GTIOCnA引脚输出，绿色为GTIOCnB引脚输出，紫色为PWM波峰、波时刻，采用翻转I/O口的方式同步指示波峰、波谷时刻，上升沿为波峰，下降沿为波谷。运行样例工程后测试波形如下系列图所示。

100%到50%的波峰更新细节

50%到0%的波峰更新细节

0%到50%的波谷更新细节

50%到100%的波谷更新细节

100%到50%的波谷更新细节

50%到0%的波谷更新细节

本文介绍在RA-T系列芯片设计电机项目时，使用GPT输出带死区的0%和100%的占空比PWM波形，并展示了关键FSP设置步骤和测试程序关键代码。如需样例工程，请复制下方链接至浏览器，或扫描二维码查看下载。