基于PIC单片机的SPWM控制技术VIP免费

摘要：重点介绍了基于PIC单片机采用面积等效法产生SPWM控制波形的方法。通过具体试验，由SPWM来控制IGBT逆变系统的运行。最后给出了软硬件结合设计方法，结合试验结果波形进行谐波分析。此方法在UPS的设计中有较强的实用价值。关键词：PIC单片机；SPWM；面积等效法；谐波分析中图分类号:文献标识码:文章编号：0引言在UPS等电力电子设备中，控制方法是核心技术。早期的控制方法使得输出为矩形波，谐波含量较高，滤波困难。SPWM技术较好地克服了这些缺点。目前SPWM的产生方法很多，汇总如下。1）利用分立元件，采用模拟、数字混和电路生成SPWM波。此方法电路复杂，实现困难且不易改进；2）由SPWM专用芯片SA828系列与微处理器直接连接生成SPWM波，SA828是由规则采样法产生SPWM波的，相对谐波较大且无法实现闭环控制；3）利用CPLD（复杂可编程逻辑器件）设计，实现数字式SPWM发生器；4）基于单片机实现SPWM，此方法控制电路简单可靠，利用软件产生SPWM波，减轻了对硬件的要求，且成本低，受外界干扰小。而当今单片机的应用已经从单纯依赖于51系列单片机向其它多种单片机发展，尤其以嵌入式PIC单片机的发展应用更为广泛。PIC单片机含具有PWM功能的外围功能模块（CCP），利用此模块更容易通过软件实现SPWM，且具有更快的执行速度。本文采用软硬件结合设计的方法，利用面积等效法，并且基于PIC单片机实现对试验逆变系统的SPWM控制。1面积等效的SPWM控制算法目前生成SPWM波的控制算法主要有4种。基于PIC单片机的SPWM控制技术作者：陈晓萍，王念春，马玉龙1）自然采样法；2）对称规则采样法；3）不对称规则采样法；4)面积等效法。理论分析后知自然采样法和面积等效法相对于规则采样法谐波较小，对谐波的抑制能力较强。又因为PIC单片机片内无较大空间实现在线运算，所以自然采样法不利于软件实现。本文的试验系统采用面积等效法实现SPWM控制，其原理如图1所示。图1SPWM面积等效算法利用正弦波小块面积S1与脉冲面积S2相等原则，将正弦波的正半周分为N等分，则每一等分的宽度为π/N弧度，利用面积等效法计算出半个周期内N个不同的脉宽值，将产生的脉宽数列以列表形式存于PIC单片机的ROM中，以供程序调用。脉宽产生的基本公式为δk=Msinωtdt=（1）SPWM开关点时刻公式为xon=（2）xoff=（3）式中：M为调制度；N为载波比，即半个周期内的脉冲个数，实验中N取64；k取值为0～63。由式（1）计算出的实际脉宽转换成计时步阶后生成64个值的正弦表存入PIC的ROM中以供调用。产生的SPWM脉宽表是一个由窄到宽，再由宽到窄的64个值的表。2软硬件结合试验系统以PIC单片机内部的两个外围功能模块（CCP）为基础，利用该模块具有的PWM功能，软件控制两路SPWM波形的输出。再将这两路SPWM波利用互补导通原则变换成4路，经隔离放大后驱动IGBT逆变器，实现对输出的控制。2.1硬件设计试验硬件系统如图2所示。选择PIC单片机的中档系列，该系列单片机的主要特点有：1）具有高性能的RISCCPU；2）除程序分支指令为两个周期外，其余均为单周期指令，且仅有35条单字指令；3）8K×14个FLASH程序存储器，368×8个数据存储器（RAM）字节；4）中断能力强，达到14个中断源；5）外围功能模块丰富，含2个16位寄存器的CCP模块，具有PWM功能；6）含3个定时器，其中与PWM功能相关的定时器2（即TMR2）带有8位周期寄存器，且带有8位预分频器和后分频器。图2硬件试验系统逆变部分采用自关断器件IGBT实现单相全桥逆变。IGBT是全控型电力电子器件，它的控制级为绝缘栅场效应晶体管，输出级为双级功率晶体管，因而它具有两者的优点而克服了两者的缺点。它开关频率相对高，驱动功率小，构成的功率交换器输出电压纹波小，线路简单，是当今最具有应用前景的功率器件。2.2软件设计2.2.1PIC单片机的设置试验中设置SPWM的频率为20kHz，并外接20MHz晶振信号，计算得指令周期即计时步阶为0.2μs。PIC单片机CCP外围功能模块的PWM功能实现主要依靠相关寄存器值的设定，且以定时器2（TMR2）作为PWM的时基。相关寄存器的设置如下。1）SPWM周期的设定由寄存器PR2设定(PWM)周期=（PR2＋1）×4×Tosc×（TMR2）预分频（4）试验中Tosc为20MHz，为提高分辨率，...