基于PIC單片機的逆變電路設計初探

常用的正弦調制法分為同步調制法和異步調制法。同步調制法在調制波的頻率很低時，容易產生不易濾掉的諧波，而當調制波頻率過高時，開關元件又難以承受;異步調制法的輸出波形對稱性差，脈沖相位和個數(shù)不固定。本軟件設計時采用了分段同步調制法，[4-6]吸收上述兩種方法的優(yōu)點，且很好地克服各自的缺點，得到特性較好的正弦波。其具體操作為：把調制波頻率分為幾個載波比不相同的頻段，在各個頻段內保持載波比恒定，通過配置單片機內部的載波頻率實現(xiàn)輸出基波頻率的變化，即改變計數(shù)器的TOP值，實現(xiàn)調頻功能。選取的原則為：

輸出頻率高的頻段采用低載波比，輸出頻率低的頻段采用高載波比。同時，載波比選取為3的倍數(shù)以得到嚴格對稱的雙極性SPWM信號。本系統(tǒng)中將頻段分成五段，具體見表1:

表1 頻率分段與載波比取值

對輸出電壓的實時反饋是軟件設計的關鍵部分。電網的波動或是負載的變化可能導致輸出電壓不穩(wěn)定，因此為了實現(xiàn)輸出電壓的動態(tài)穩(wěn)定特性，在系統(tǒng)中加入PID增量數(shù)字閉環(huán)控制，公式如下：

其中Kp=1/σ是比例系數(shù)，Kl=KpT/Tl是積分系數(shù)，Kl=KpTD/T是微分系數(shù)。結合單片機中的A/D轉換功能模塊與PID閉環(huán)控制，可以很好地修正各開關周期的脈寬，達到動態(tài)穩(wěn)定的目的。

四、逆變仿真結果

在逆變部分的仿真中，本系統(tǒng)使用的是M AT L A B中的SIMULINK組件。電路原理為利用PIC16F873單片機輸出PWM波控制IR2136進而控制晶閘管的柵極導通，從而實現(xiàn)變頻調幅。

在此三相逆變電路中，運用三相全橋進行LC濾波之后得到輸出。同時，該系統(tǒng)中還包括一個電壓負反饋和一個電流負反饋系統(tǒng)。這樣的設計可以對一些擾動起到一定的抵抗作用，使得輸出的三相電壓較為穩(wěn)定，有較好的相角裕度和一定的幅值裕度，但在實際的逆變過程中可能出現(xiàn)同一橋臂的兩個IGBT同時導通所導致的短路現(xiàn)象?？紤]上述情況后，對上述電路原理圖進行了改進，如下圖3所示，加入了死區(qū)，其仿真結果如圖4所示：

圖3 帶死區(qū)的調制波、三角波調制電路

圖4 帶死區(qū)的調制波、三角波調制電路波形

在圖4中波形在下波峰處發(fā)生畸變，這是由于在下橋臂上引入了死區(qū)非線性所導致的結果，屬于附加畸變。

五、結論

上述的實驗結果表明，工業(yè)條件下對于電源的要求可通過利用PIC16F873單片機輸出PWM波控制IR2136進而控制晶閘管的柵極導通的方法實現(xiàn)，且該方法具有諧波較小、濾波電路較為簡單的優(yōu)點。因此，它在高性能中變頻調速、直流并網等領域有著廣泛的應用前景。同時，采用單片機來產生SPWM信號有著不可比擬的優(yōu)勢，是智能化電源領域的必然發(fā)展趨勢。