基于PICFxx單片機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(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l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∕CU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。