淺析基于PIC單片機的逆變電源電路設計

根據規則采樣法的原理，假設一個(gè)周期內有N個(gè)矩形波，則第i個(gè)矩形波的占空比Di為：

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(shí)，容易產(chǎn)生不易濾掉的諧波，而當調制波頻率過(guò)高時(shí)，開(kāi)關(guān)元件又難以承受;異步調制法的輸出波形對稱(chēng)性差，脈沖相位和個(gè)數不固定。本軟件設計時(shí)采用了分段同步調制法，[4-6]吸收上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，且很好地克服各自的缺點(diǎn)，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(gè)載波比不相同的頻段，在各個(gè)頻段內保持載波比恒定，通過(guò)配置單片機內部的載波頻率實(shí)現輸出基波頻率的變化，即改變計數器的TOP值，實(shí)現調頻功能。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(shí)，載波比選取為3的倍數以得到嚴格對稱(chēng)的雙極性SPWM信號。本系統中將頻段分成五段，具體見(jiàn)表1：

對輸出電壓的實(shí)時(shí)反饋是軟件設計的關(guān)鍵部分。電網(wǎng)的波動(dòng)或是負載的變化可能導致輸出電壓不穩定，因此為了實(shí)現輸出電壓的動(dòng)態(tài)穩定特性，在系統中加入PID增量數字閉環(huán)控制，公式如下：

其中Kp=1/σ是比例系數，Kl=KpT/Tl是積分系數，Kl=KpTD/T是微分系數。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(kāi)關(guān)周期的脈寬，達到動(dòng)態(tài)穩定的目的。逆變仿真結果

在逆變部分的仿真中，本系統使用的是MATLA 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(jìn)而控制晶閘管的柵極導通，從而實(shí)現變頻調幅。

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

　圖4 帶死區的調制波、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非線(xiàn)性所導致的結果，屬于附加畸變。

結論

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