基于PIC单片机的智能化逆变电源控制系统

　　软件设计的核心部分是SPWM信号的产生。本设计采用三角波作为载波、正弦波作调制波的对称规则采样法较为经典，得到一系列幅值相等但宽度不等的矩形波。然后使用在线计算的方法计算矩形波的占空比：

　　设N为载波调制波比，即有N=fc/fr.其中fc为载波频率，fr为调制波频率。本系统的SPWM信号由单片机产生，故载波频率可由下式计算：

　　其中，变量N代表分频因子（1、8、64、256或1024），fclki/o是MCU时钟。

　　设M=UR/UC，为调制深度，其一般取值范围为0~1，其中UC为载波幅值，UR为调制波幅值。改变调制波的幅值就能使输出的基波电压幅值发生变化。

　　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：

　　通过设置单片机，利用上述公式计算出占空比使之与计数器的TOP值相乘形成一个正弦表。然后将数据送到比较寄存器中，配置单片机I/O口寄存器，在PD4口输出SPWM信号。整个SPWM产生程序流程图及实时反馈图如图2：

　　图2 SPWM 产生程序框图

　　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：

表1 频率分段与载波比取值

　　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