基于PIC单片机的正弦波逆变器设计与实现

杨桂花 2017-12-21 9315

控制/MCU

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描述

目前，SPWM信号主要有3种生成方式：

1）使用比较器、振荡器等模拟电路产生三角波和方波进行比较，产生SPWM波，但是此种方法电路复杂，受元器件精度影响大，且不易控制；

2）利用专用SPWM集成芯片，其优点是电路简单，集成度高，缺点是无法全面实现对系统的反馈控制、监视管理和保护工作，故一般也要配合单片机实现；

3）利用单片机等微处理器产生SPWM波，此方法控制电路简单，调节灵活，硬件成本低。本文介绍一种利用PIC16F877A单片机实现SPWM波形的方法，并将其应用到全桥逆变电路中，验证了利用PIC单片机调制SPWM波的可行性。

1、系统总体设计

本系统从结构上看主要由单片机控制电路、驱动及逆变主电路组成。

1.1、单片机控制电路

1.1.1、PIC16F877A单片机主要功能简介

该系列单片机主要资源及功能有：

1）3个定时器，2个8位，1个16位；

2）8路10位A/D转换器，1个参考电压发生器，2个模拟电压发生器；

3）368字节（368×8位）的数据存储器；

4）上电复位（POR），掉电复位（BOR）；

5）2个CCP模块，具有捕捉、比较、脉宽调制功能；

6）有两个8位定时/计数器TMR0、TMR2和一个16位定时/计数器TMR1，其中TMR2带有一个欲分频器、一个后分频器和一个周期寄存器。TMR2还是CCP模块中PWM工作方式下的时基。

1.1.2、系统控制电路

本系统利用该系列单片机的CCP模块CCP1和CCP2输出两路互补SPWM波，然后通过反相器产生四路信号送至驱动电路。逆变输出电压具有稳压反馈功能，通过连接单片机RA0/AN0实现。系统控制电路如图1所示。

逆变器

1.2、驱动及逆变主电路

本系统采用全桥逆变形式，驱动及逆变主电路如图2所示。当Q1，Q4导通时，Q2，Q3断开；当Q2，Q3导通时，Q1，Q4断开。驱动芯片采用IR2110，此芯片具有光耦隔离和电磁隔离的优点，悬浮电源采用自举电路，独立的功率地和逻辑地，使得芯片结构更加可靠。

逆变器

2、软件设计

2.1、PWM周期设定

实验中，PIC单片机采用10MHz晶振，SPWM的频率定为10kHz，因此单片机每执行一个指令，周期为0.4us。PIC单片机CCP模块产生SPWM需要TMR2定时器配合完成。其中占空比控制由寄存器CCPRxH和CCPRxL完成，PWM周期的设定由寄存器PR2控制，PWM周期计算公式如下：

（PWM）周期=（PR2+1）×4×Tosc×（TMR2）预分频其中Tosc为1/10MHz，TMR2预分频设为1：4，由此计算得PR2=62。

2.2、SPWM软件实现过程

在MPLABIDE编译环境下采用c语言进行编译，设置相关寄存器，使能TMR2定时器，从0开始计数，同时CCP模块引脚输出高电平。在PWM模式下，TMR2计数将同步进行两次比较：1）当TMR2≥CCPRxL时，CCPx引脚输出低电平；2）当TMR2≥PR2时，TMR2被清零，CCPx引脚输出高电平，PWM占空比从CCPRxL复制到CCPRxH中锁存。同时TMR2的中断标志位被系统置高，即TMR2IF=1，转去执行中断程序。

程序中脉宽表共有100个数值，100个脉宽值对应半个周期，存储在单片机ROM中以供调用。中断程序每运行一次，更新一次脉宽值。当计数Count≤100时，脉宽值存入CCPR1L中，CCPR2L=0；当100

3、实验分析

逆变器接阻性负载，输出稳定的正弦波，输出端检测的电压波形如图4所示，此时电压为224V，频率50Hz，满足工频要求，且正弦性好。

逆变器

4、结论

基于PIC单片机控制的正弦波逆变器，电路简单，成本低廉。采用软硬结合的方式控制的SPWM波输出精度高，调节灵活、性能可靠。实验结果证明，该逆变器的电压和频率稳定，总谐波含量THD低，正弦性好，在日益发展的电力电子技术领域具有较好的应用前景。

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