基于PICFxx單片機(jī)控制的正弦波逆變電源

0 引言
逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)進(jìn)行電能變換的裝置。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變電源的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)逆變電源的輸出電壓波形特性也隨之提出了越來(lái)越高的要求，因?yàn)殡娫吹妮敵霾ㄐ钨|(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全和可靠性指標(biāo)。
隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，以SPWM控制方式設(shè)計(jì)的逆變電源越來(lái)越受到青睞。本文介紹的SPWM逆變電源就是采用PIC單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)SPWM控制和正弦波方式輸出，而且電路簡(jiǎn)單，性能安全可靠，靈活性強(qiáng)，同時(shí)可以降低諧波，提高效率。

1 SPWM逆變器結(jié)構(gòu)
逆變電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有多種形式，圖l所示是SPWM逆變電源的基本結(jié)構(gòu)，它主要由變壓器中心抽頭推挽式升壓電路、逆變電路、濾波電路、驅(qū)動(dòng)電路和控制電路組成。控制電路主要包括MCU控制器、升壓控制、電壓檢測(cè)和電流A／D檢測(cè)所示等電路組成。

2 SPWM逆變電源工作原理
本逆變器電源的前級(jí)采用SG3525來(lái)交替輸出兩路PWM信號(hào)以控制開關(guān)管，然后經(jīng)過(guò)高頻變壓器升壓整流和LC濾波后產(chǎn)生400 V電壓。再通過(guò)單片機(jī)編程產(chǎn)生等效正弦波的矩形脈沖波來(lái)控制逆變橋開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。從而使其工作在SPWM控制方式。圖2所示是其逆變電路的電原理圖。圖2中的左橋臂工作在高頻調(diào)制方式，即Q1和Q3按照SPWM開通：右橋臂工作在高頻調(diào)制方式，即Q2和Q4按照SPWM開通，最后經(jīng)過(guò)濾波得到正弦波。

3 SPWM正弦波脈寬調(diào)制方法
SPWM正弦脈寬調(diào)制法是采用調(diào)制波為正弦波、載波為三角波的一種脈寬調(diào)制方法，可廣泛應(yīng)用于逆變器電源上。SPWM的輸出波形控制算法有面積等效法、自然采樣法、對(duì)稱規(guī)則采樣法、不對(duì)稱規(guī)則采樣法等，本文采用脈寬調(diào)制波的面積等效法來(lái)實(shí)現(xiàn)SPWM控制。圖3所示是其SPWM波形圖，該方法將半個(gè)周期的正弦波波形分成N等分，從而把該正弦波看成是由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成，這些脈沖寬度相等(都等于π／N)，幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果能把這種脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，并使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合。且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦部分的面積脈沖量相等，那么，就可以得到相應(yīng)的脈沖序列。這樣，再使各脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，同時(shí)使矩形波與正弦波等效，就可以實(shí)現(xiàn)SPWM正弦脈寬調(diào)制。

4 軟件設(shè)計(jì)
4．1 正弦波脈寬的生成
根據(jù)正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)的產(chǎn)生原理，若把U=Urmsintωt正弦波在半周期內(nèi)N等分，第i個(gè)等分段正弦波的面積為Si，則有：

若再使矩形波的幅值等于輸入正弦波的幅值Urm，并使每段矩形波的面積等于對(duì)應(yīng)段的正弦波的面積，那么，便可以得到矩形波脈寬的值為：

由于脈沖寬度是按照正弦波的規(guī)律變化，故可把這些脈沖寬度DK的值編制成數(shù)值表，再用單片機(jī)通過(guò)查表輸出脈沖序列。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可采用載波頻率fc=25 kHz，交流頻率fs=50 Hz，載波比N=fdfs來(lái)確定正弦波離散點(diǎn)的個(gè)數(shù)，即一個(gè)周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)(設(shè)N=500)。為了節(jié)省表的存儲(chǔ)空間，實(shí)際編程時(shí)，可保存半個(gè)周期內(nèi)的正弦波離散點(diǎn)，即保存N／2個(gè)點(diǎn)，然后用交替的方式輸出SPWM波形來(lái)控制逆變橋的工作。