浅析基于PIC单片机的逆变电源电路设计

根据规则采样法的原理，假设一个周期内有N个矩形波，则第i个矩形波的占空比Di为：

常用的正弦调制法分为同步调制法和异步调制法。同步调制法在调制波的频率很低时，容易产生不易滤掉的谐波，而当调制波频率过高时，开关元件又难以承受;异步调制法的输出波形对称性差，脉冲相位和个数不固定。本软件设计时采用了分段同步调制法，[4-6]吸收上述两种方法的优点，且很好地克服各自的缺点，得到特性较好的正弦波。其具体操作为：把调制波频率分为几个载波比不相同的频段，在各个频段内保持载波比恒定，通过配置单片机内部的载波频率实现输出基波频率的变化，即改变计数器的TOP值，实现调频功能。选取的原则为：

输出频率高的频段采用低载波比，输出频率低的频段采用高载波比。同时，载波比选取为3的倍数以得到严格对称的双极性SPWM信号。本系统中将频段分成五段，具体见表1：

对输出电压的实时反馈是软件设计的关键部分。电网的波动或是负载的变化可能导致输出电压不稳定，因此为了实现输出电压的动态稳定特性，在系统中加入PID增量数字闭环控制，公式如下：

其中Kp=1/σ是比例系数，Kl=KpT/Tl是积分系数，Kl=KpTD/T是微分系数。结合单片机中的A/D转换功能模块与PID闭环控制，可以很好地修正各开关周期的脉宽，达到动态稳定的目的。逆变仿真结果

在逆变部分的仿真中，本系统使用的是MATLA B中的SIMULINK组件。电路原理为利用PIC16F873单片机输出PWM波控制IR2136进而控制晶闸管的栅极导通，从而实现变频调幅。

在此三相逆变电路中，运用三相全桥进行LC滤波之后得到输出。同时，该系统中还包括一个电压负反馈和一个电流负反馈系统。这样的设计可以对一些扰动起到一定的抵抗作用，使得输出的三相电压较为稳定，有较好的相角裕度和一定的幅值裕度，但在实际的逆变过程中可能出现同一桥臂的两个IGBT同时导通所导致的短路现象。考虑上述情况后，对上述电路原理图进行了改进，如下图3所示，加入了死区，其仿真结果如图4所示：

　图4 带死区的调制波、三角波调制电路波形

在图4中波形在下波峰处发生畸变，这是由于在下桥臂上引入了死区非线性所导致的结果，属于附加畸变。

结论

上述的实验结果表明，工业条件下对于电源的要求可通过利用PIC16F873单片机输出PWM波控制IR2136进而控制晶闸管的栅极导通的方法实现，且该方法具有谐波较小、滤波电路较为简单的优点。因此，它在高性能中变频调速、直流并网等领域有着广泛的应用前景。同时，采用单片机来产生SPWM信号有着不可比拟的优势，是智能化电源领域的必然发展趋势。