基于80C196MC的波形發(fā)生器的SPWM波形產(chǎn)生原理及其應(yīng)用

80C196MC波形發(fā)生器的SPWM波形產(chǎn)生原理和軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)。使逆變控制電路實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字操作，改進(jìn)了傳統(tǒng)的控制方法。試驗(yàn)表明，該方案結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)態(tài)特性好、可靠性高。

這些集成電路有HFE4752、SLE4520、MA8X8/SA8X8、SAXXXX等。其中多數(shù)要與單片機(jī)連接才能完成SPWM控制功能，對(duì)于要求較高的逆變系統(tǒng)來說仍然不夠簡(jiǎn)捷。INTEL公司推出的16位單片機(jī)8XC196MC片內(nèi)集成了三相SPWM波形發(fā)生器WFG（Wave Form Generator，以下簡(jiǎn)稱WFG）[1]，為逆變控制電路的全數(shù)字化設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的硬件支持，它的軟件指令豐富，與其它196XX單片機(jī)基本兼容。本文重點(diǎn)介紹80C196MC中WFG的工作原理及軟件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 WFG工作原理

有四種控制方式可選擇：方式0～方式3。方式0、方式1為中心對(duì)準(zhǔn)方式，即把SPWM脈沖安排在開關(guān)周期的中心點(diǎn)上，這與模擬電路中三角波載波（雙邊調(diào)制）相對(duì)應(yīng)。方式0和方式1的區(qū)別在于波形參數(shù)的重加載時(shí)間和次數(shù)不同。方式2和3是邊沿對(duì)準(zhǔn)方式，即把SPWM脈沖波安排在開關(guān)周期的起始點(diǎn)上，這與模擬電路中的鋸齒波載波（單邊調(diào)制）相對(duì)應(yīng)。其區(qū)別也是重加載的時(shí)機(jī)不同。中心對(duì)準(zhǔn)的SPWM波形所造成的諧波小，不含ωs±ω0和2ωs（ωs為開關(guān)角頻率，ω0為信號(hào)波角頻率）諧波[2]，通常采用中心對(duì)準(zhǔn)方式。在以下的敘述中，均以方式0為例（M0（B12）=M1（B13）=0）。

首次寫入到WG-RELOAD中的值在一個(gè)晶振周期后裝入WG-COUNT。若WG-CON中的EC=1，開始減1計(jì)數(shù)，至0001H，等待一個(gè)時(shí)鐘周期后作加1計(jì)數(shù)，直至WG-COUNT中的值等于計(jì)數(shù)比較寄存器的值，此時(shí)完成一個(gè)載波周期，如圖1中t1～t2。WG-RELOAD的內(nèi)容裝入WG-COUNT和計(jì)數(shù)比較寄存器；WG-COMPx的內(nèi)容裝入相位比較寄存器；輸出緩沖寄存器的內(nèi)容裝入WG-OUT；PI-PEND寄存器中WG中斷置1。

μs)，WG-RELOAD-16位二進(jìn)制數(shù)；Fxtal——Xtal引腳上的晶振頻率，不考慮死區(qū)時(shí)間的有效脈寬；tp=WG-COMP/Fxtal（μs）。

2 軟件設(shè)計(jì)

80C196MC的WFG產(chǎn)生6路SPWM信號(hào)，控制主電路三相橋中6個(gè)功率開關(guān)器件的通斷。因此首先需建立三相正弦脈寬數(shù)據(jù)表，由單片機(jī)初始化時(shí)算好，將其按一定的格式（即考慮相序及同一相中的脈寬次序等）存入RAM中，建立好數(shù)據(jù)指針，以便按一定的尋址方式查詢。

Δu(k)=u(k)-u(k-1)=kp[e(k)-e(k-1)]+k1e(k)+kD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

Δu(k)=q0e(k)+q1e(k-1)+q2e(k-2)

q0=kp(1+T/T1+TD/T) kp=1/δ 比例系數(shù)

3 變頻電源整體構(gòu)成

4 試驗(yàn)結(jié)果

μs。（WG-CON）=418H,(WG-RELOAD)=12FH，（WG-OUT）=7FFFH。SPWM波形的輸出由WG-RELOAD減到1產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)子程序中由計(jì)算結(jié)果刷新WG-COMPx中的內(nèi)容（即置下一次脈寬），如此循環(huán)。圖6（a）為80C196MC輸出的SPWM波形，圖6（b）是電源輸出其中一相的波形。有關(guān)技術(shù)指標(biāo)如下：

采用16位單片機(jī)80C196MC最小系統(tǒng)，使整個(gè)控制電路大為簡(jiǎn)化并且實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化。器件減少、結(jié)構(gòu)緊湊、性價(jià)比高。試驗(yàn)表明，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性好、可靠性高。