基于PIC單片機的SPWM控制技術(shù)
引言
在UPS等電力電子設(shè)備中,控制方法是核心技術(shù)。早期的控制方法使得輸出為矩形波,諧波含量較高,濾波困難。SPWM技術(shù)較好地克服了這些缺點。目前SPWM的產(chǎn)生方法很多,匯總?cè)缦隆?
1)利用分立元件,采用模擬、數(shù)字混和電路生成SPWM波。此方法電路復雜,實現(xiàn)困難且不易改進;
2)由SPWM專用芯片SA828系列與微處理器直接連接生成SPWM波,SA828是由規(guī)則采樣法產(chǎn)生SPWM波的,相對諧波較大且無法實現(xiàn)閉環(huán)控制;
3)利用CPLD(復雜可編程邏輯器件)設(shè)計,實現(xiàn)數(shù)字式SPWM發(fā)生器;
4)基于單片機實現(xiàn)SPWM,此方法控制電路簡單可靠,利用軟件產(chǎn)生SPWM波,減輕了對硬件的要求,且成本低,受外界干擾小。
而當今單片機的應(yīng)用已經(jīng)從單純依賴于51系列單片機向其它多種單片機發(fā)展,尤其以嵌入式PIC單片機的發(fā)展應(yīng)用更為廣泛。PIC單片機含具有PWM功能的外圍功能模塊(CCP),利用此模塊更容易通過軟件實現(xiàn)SPWM,且具有更快的執(zhí)行速度。本文采用軟硬件結(jié)合設(shè)計的方法,利用面積等效法,并且基于PIC單片機實現(xiàn)對試驗?zāi)孀兿到y(tǒng)的SPWM控制。
1 面積等效的SPWM控制算法
目前生成SPWM波的控制算法主要有4種。
1)自然采樣法;
2)對稱規(guī)則采樣法;
3)不對稱規(guī)則采樣法;
4)面積等效法。
理論分析后知自然采樣法和面積等效法相對于規(guī)則采樣法諧波較小,對諧波的抑制能力較強。又因為PIC單片機片內(nèi)無較大空間實現(xiàn)在線運算,所以自然采樣法不利于軟件實現(xiàn)。本文的試驗系統(tǒng)采用面積等效法實現(xiàn)SPWM控制,其原理如圖1所示。
圖1 SPWM面積等效算法 |
利用正弦波小塊面積S1與脈沖面積S2相等原則,將正弦波的正半周分為N等分,則每一等分的寬度為π/N弧度,利用面積等效法計算出半個周期內(nèi)N個不同的脈寬值,將產(chǎn)生的脈寬數(shù)列以列表形式存于PIC單片機的ROM中,以供程序調(diào)用。
脈寬產(chǎn)生的基本公式為
式中:M為調(diào)制度;
N為載波比,即半個周期內(nèi)的脈沖個數(shù),實驗中N取64;
k取值為0~63。
由式(1)計算出的實際脈寬轉(zhuǎn)換成計時步階后生成64個值的正弦表存入PIC的ROM中以供調(diào)用。產(chǎn)生的SPWM脈寬表是一個由窄到寬,再由寬到窄的64個值的表。
2 軟硬件結(jié)合試驗系統(tǒng)
以PIC單片機內(nèi)部的兩個外圍功能模塊(CCP)為基礎(chǔ),利用該模塊具有的PWM功能,軟件控制兩路SPWM波形的輸出。再將這兩路SPWM波利用互補導通原則變換成4路,經(jīng)隔離放大后驅(qū)動IGBT逆變器,實現(xiàn)對輸出的控制。
2.1 硬件設(shè)計
試驗硬件系統(tǒng)如圖2所示。選擇PIC單片機的中檔系列,該系列單片機的主要特點有:
1)具有高性能的RISCCPU;
2)除程序分支指令為兩個周期外,其余均為單周期指令,且僅有35條單字指令;
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