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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(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變電源的應用越來(lái)越廣泛，但應用系統對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，因為電源的輸出波形質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)系統的安全和可靠性指標。 隨著(zhù)數字信號處理技術(shù)的發(fā)展，以SPWM控制方式設計的逆變電源越來(lái)越受到青睞。本文介紹的SPWM逆變電源就是采用PIC單片機來(lái)實(shí)現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，同時(shí)可以降低諧波，提高效率。 1 SPWM逆變器結構 逆變電源的拓撲結構有多種形式，圖1所示是SPWM逆變電源的基本結構，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、驅動(dòng)電路和控制電路組成�？刂齐娐分饕�MCU控制器、升壓控制、電壓檢測和電流A／D檢測所示等電路組成。 2 SPWM逆變電源工作原理 本逆變器電源的前級采用SG3525來(lái)交替輸出兩路PWM信號以控制開(kāi)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)單片機編程產(chǎn)生等效正弦波的矩形脈沖波來(lái)控制逆變橋開(kāi)關(guān)管的導通和關(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制方式，即Q1和Q3按照SPWM開(kāi)通：右橋臂工作在高頻調制方式，即Q2和Q4按照SPWM開(kāi)通，最后經(jīng)過(guò)濾波得到正弦波。 3 SPWM正弦波脈寬調制方法 SPWM正弦脈寬調制法是采用調制波為正弦波、載波為三角波的一種脈寬調制方法，可廣泛應用于逆變器電源上。SPWM的輸出波形控制算法有面積等效法、自然采樣法、對稱(chēng)規則采樣法、不對稱(chēng)規則采樣法等，本文采用脈寬調制波的面積等效法來(lái)實(shí)現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(xiàn)，而是曲線(xiàn)，各脈沖的幅值按正弦規律變化。如果能把這種脈沖序列用同樣數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)和相應正弦等分的中點(diǎn)重合。且使矩形脈沖和相應的正弦部分的面積脈沖量相等，那么，就可以得到相應的脈沖序列。這樣，再使各脈沖的寬度按正弦規律變化，同時(shí)使矩形波與正弦波等效，就可以實(shí)現SPWM正弦脈寬調制。 4 軟件設計 4．1 正弦波脈寬的生成 根據正弦波脈寬調制(SPWM)的產(chǎn)生原理，若把U=Urmsintωt正弦波在半周期內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應段的正弦波的面積，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律變化，故可把這些脈沖寬度DK的值編制成數值表，再用單片機通過(guò)查表輸出脈沖序列。實(shí)驗時(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，即一個(gè)周期內的脈沖個(gè)數(設N=500)。為了節省表的存儲空間，實(shí)際編程時(shí)，可保存半個(gè)周期內的正弦波離散點(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。 4．2 SPWM的軟件實(shí)現 本系統以PIC16FXX單片機為核心，晶振選用20 MHz，指令周期為0．2μs，SPWM波驅動(dòng)開(kāi)關(guān)管的工作頻率為25 kHz，那么，單片機中寄存器的初始化設置如下： 首先設置PORTC為輸出模式，即TRISC=0X00。設置*模塊為PWM功能。同時(shí)必須在*XCON寄存器中設置*模塊為PWM模式，即*xM3：CPxM0=11XX。 然后再通過(guò)PR2來(lái)確定PWM的開(kāi)關(guān)周期寄存器，并使TSFMW=(PR2+1)×4TOSC(TMR2 PrescaleValue)，fSPWM=1／TSPMW。因為工作頻率f=25 kHz，故PR2=0XC7；且工作周期寄存器*RxL的值是可變的。 在程序初始化完成之后，系統中的定時(shí)寄存器TMR2將啟動(dòng)并開(kāi)始工作，此時(shí)，PWM單元的引腳輸出為高電平；當TMR2>*Rxl時(shí)，PWM單元的引腳開(kāi)始輸出低電平；當TMR2=PR2時(shí)，TMR2被歸0，并重新開(kāi)始下一個(gè)周期計數，同時(shí)PWM單元重新輸出高電平。當TMR2的中斷標志位TMR2IF被置高電平時(shí)，系統將執行定時(shí)中斷服務(wù)程序，圖4所示是其SPWM流程圖。中斷程序 完成查找正弦表值和A／D取樣值后，再進(jìn)行PI調節，即可得出修正值，并將該修正值寫(xiě)入*RxL寄存器中。圖5所示是該SPWM逆變器電源的輸出波形圖。 5 結束語(yǔ) 試驗表明，基于HC單片機控制的逆變器電源可滿(mǎn)足小功率逆變器的要求，而且可用單片機實(shí)現數字化SPWM波的控制。本方式不但比傳統的模擬控制方式具有一定的優(yōu)越性，而且該逆變器電源的效率更高、體積更小，同時(shí)還具有設計靈活、性能可靠，輸出穩定，諧波小等優(yōu)點(diǎn)。 |
