基于PIC單片機的智能化逆變電源控制系統

　　軟件設計的核心部分是SPWM信號的產生。本設計采用三角波作為載波、正弦波作調制波的對稱規則采樣法較為經典，得到一系列幅值相等但寬度不等的矩形波。然后使用在線計算的方法計算矩形波的占空比：

　　設N為載波調制波比，即有N=fc/fr.其中fc為載波頻率，fr為調制波頻率。本系統的SPWM信號由單片機產生，故載波頻率可由下式計算：

　　其中，變量N代表分頻因子（1、8、64、256或1024），fclki/o是MCU時鐘。

　　設M=UR/UC，為調制深度，其一般取值范圍為0~1，其中UC為載波幅值，UR為調制波幅值。改變調制波的幅值就能使輸出的基波電壓幅值發生變化。

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

　　通過設置單片機，利用上述公式計算出占空比使之與計數器的TOP值相乘形成一個正弦表。然后將數據送到比較寄存器中，配置單片機I/O口寄存器，在PD4口輸出SPWM信號。整個SPWM產生程序流程圖及實時反饋圖如圖2：

　　圖2 SPWM 產生程序框圖

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

表1 頻率分段與載波比取值

　　對輸出電壓的實時反饋是軟件設計的關鍵部分。電網的波動或是負載的變化可能導致輸出電壓不穩定，因此為了實現輸出電壓的動態穩定特性，在系統中加入PID增量數字閉環控制，公式如下：

　　其中Kp=1/σ是比