基于PICFxx单片机控制的正弦波逆变电源

　　0 引言

　　逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置。随着电力电子技术的发展，逆变电源的应用越来越广泛，但应用系统对逆变电源的输出电压波形特性也随之提出了越来越高的要求，因为电源的输出波形质量直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。

　　随着数字信号处理技术的发展，以SPWM控制方式设计的逆变电源越来越受到青睐。本文介绍的SPWM逆变电源就是采用PIC单片机来实现SPWM控制和正弦波方式输出，而且电路简单，性能安全可靠，灵活性强，同时可以降低谐波，提高效率。

　　1 SPWM逆变器结构

　　逆变电源的拓扑结构有多种形式，图l所示是SPWM逆变电源的基本结构，它主要由变压器中心抽头推挽式升压电路、逆变电路、滤波电路、驱动电路和控制电路组成。控制电路主要包括MCU控制器、升压控制、电压检测和电流A／D检测所示等电路组成。

　　2 SPWM逆变电源工作原理

　　本逆变器电源的前级采用SG3525来交替输出两路PWM信号以控制开关管，然后经过高频变压器升压整流和LC滤波后产生400 V电压。再通过单片机编程产生等效正弦波的矩形脉冲波来控制逆变桥开关管的导通和关断。从而使其工作在SPWM控制方式。图2所示是其逆变电路的电原理图。图2中的左桥臂工作在高频调制方式，即Q1和Q3按照SPWM开通：右桥臂工作在高频调制方式，即Q2和Q4按照SPWM开通，最后经过滤波得到正弦波。

　　3 SPWM正弦波脉宽调制方法

　　SPWM正弦脉宽调制法是采用调制波为正弦波、载波为三角波的一种脉宽调制方法，可广泛应用于逆变器电源上。SPWM的输出波形控制算法有面积等效法、自然采样法、对称规则采样法、不对称规则采样法等，本文采用脉宽调制波的面积等效法来实现SPWM控制。图3所示是其SPWM波形图，该方法将半个周期的正弦波波形分成N等分，从而把该正弦波看成是由N个彼此相连的脉冲所组成，这些脉冲宽度相等(都等于π／N)，幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果能把这种脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，并使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合。且使矩形脉冲和相应的正弦部分的面积脉冲量相等，那么，就可以得到相应的脉冲序列。这样，再使各脉冲的宽度按正弦规律变化，同时使矩形波与正弦波等效，就可以实现SPWM正弦脉宽调制。

　　4 软件设计

　　4．1 正弦波脉宽的生成

　　根据正弦波脉宽调制(SPWM)的产生原理，若把U=Urmsintωt正弦波在半周期内N等分，第i个等分段正弦波的面积为Si，则有：

　　若再使矩形波的幅值等于输入正弦波的幅值Urm，并使每段矩形波的面积等于对应段的正弦波的面积，那么，便可以得到矩形波脉宽的值为：

　　由于脉冲宽度是按照正弦波的规律变化，故可把这些脉冲宽度DK的值编制成数值表，再用单片机通过查表输出脉冲序列。实验时，可采用载波频率fc=25 kHz，交流频率fs=50 Hz，载波比N=fdfs来确定正弦波离散点的个数，即一个周期内的脉冲个数(设N=500)。为了节省表的存储空间，实际编程时，可保存半个周期内的正弦波离散点，即保存N／2个点，然后用交替的方式输出SPWM波形来控制逆变桥的工作。