作者：陳曉萍 王念春 馬玉龍

    引言

    在ups等電力電子設(shè)備中，控制方法是核心技術(shù)。早期的控制方法使得輸出為矩形波，諧波含量較高，濾波困難。spwm技術(shù)較好地克服了這些缺點(diǎn)。目前spwm的產(chǎn)生方法很多，匯總?cè)缦隆?

    1）利用分立元件，采用模擬、數(shù)字混和電路生成spwm波。此方法電路復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難且不易改進(jìn)；

    2）由spwm專(zhuān)用芯片sa828系列與微處理器直接連接生成spwm波，sa828是由規(guī)則采樣法產(chǎn)生spwm波的，相對(duì)諧波較大且無(wú)法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；

    3）利用cpld（復(fù)雜可編程邏輯器件）設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字式spwm發(fā)生器；

    4）基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)spwm，此方法控制電路簡(jiǎn)單可靠，利用軟件產(chǎn)生spwm波，減輕了對(duì)硬件的要求，且成本低，受外界干擾小。

    而當(dāng)今單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)從單純依賴(lài)于51系列單片機(jī)向其它多種單片機(jī)發(fā)展，尤其以嵌入式pic單片機(jī)的發(fā)展應(yīng)用更為廣泛。pic單片機(jī)含具有pwm功能的外圍功能模塊（ccp），利用此模塊更容易通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)spwm，且具有更快的執(zhí)行速度。本文采用軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)的方法，利用面積等效法，并且基于pic單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)?zāi)孀兿到y(tǒng)的spwm控制。

    1 面積等效的spwm控制算法

    目前生成spwm波的控制算法主要有4種。

    1）自然采樣法；

    2）對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法；

    3）不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法；

    4)面積等效法。

    理論分析后知自然采樣法和面積等效法相對(duì)于規(guī)則采樣法諧波較小，對(duì)諧波的抑制能力較強(qiáng)。又因?yàn)閜ic單片機(jī)片內(nèi)無(wú)較大空間實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)運(yùn)算，所以自然采樣法不利于軟件實(shí)現(xiàn)。本文的試驗(yàn)系統(tǒng)采用面積等效法實(shí)現(xiàn)spwm控制，其原理如圖1所示。

    圖1 spwm面積等效算法

    利用正弦波小塊面積s1與脈沖面積s2相等原則，將正弦波的正半周分為n等分，則每一等分的寬度為π/n弧度，利用面積等效法計(jì)算出半個(gè)周期內(nèi)n個(gè)不同的脈寬值，將產(chǎn)生的脈寬數(shù)列以列表形式存于pic單片機(jī)的rom中，以供程序調(diào)用。

    脈寬產(chǎn)生的基本公式為

    式中：m為調(diào)制度；

    n為載波比，即半個(gè)周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)中n取64；

    k取值為0～63。

    由式（1）計(jì)算出的實(shí)際脈寬轉(zhuǎn)換成計(jì)時(shí)步階后生成64個(gè)值的正弦表存入pic的rom中以供調(diào)用。產(chǎn)生的spwm脈寬表是一個(gè)由窄到寬，再由寬到窄的64個(gè)值的表。

    2 軟硬件結(jié)合試驗(yàn)系統(tǒng)

    以pic單片機(jī)內(nèi)部的兩個(gè)外圍功能模塊（ccp）為基礎(chǔ)，利用該模塊具有的pwm功能，軟件控制兩路spwm波形的輸出。再將這兩路spwm波利用互補(bǔ)導(dǎo)通原則變換成4路，經(jīng)隔離放大后驅(qū)動(dòng)igbt逆變器，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的控制。

    2.1 硬件設(shè)計(jì)

    試驗(yàn)硬件系統(tǒng)如圖2所示。選擇pic單片機(jī)的中檔系列，該系列單片機(jī)的主要特點(diǎn)有：

    1）具有高性能的risccpu；

    2）除程序分支指令為兩個(gè)周期外，其余均為單周期指令，且僅有35條單字指令；