单片机产生SPWM波在UPS电源中的应用_不间断电源_技术文摘_电源世界网
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单片机产生SPWM波在UPS电源中的应用 片机产 SPWM波在UPS电源中的应 波在UPS
杨剑平刘淳任广林
摘要: 本文介绍了基于PIC16F73单片机产生SPWM控制波形,驱动全桥逆变电路组成的在线式纯正弦波UPS电 要 源系统,采用电压反馈闭环,提高了系统控制精度,给出了软件流程图及部分实验波形. 叙词: SPWM 单片机 UPS 词
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引言 随着信息技术的不断发展和计算机应用的日益普及,高新技术设备对供电质量的要求越来越

高,很多设备都要求电源能够持续提供恒频恒压,无崎变的纯正弦波交流电,不间断电源UPS就是 用来给这些设备供电的.UPS一般采用正弦脉宽调制(SPWM)的控制方法将直流电逆变成正弦波交 流电.目前,SPWM控制波形的产生一般有三种方式:1,用分立元件电路产生,主要由三角波发生 器,正弦波发生器和比较器组成.分立元件电路复杂,调试困难,成本高,可靠性差,因此一般 很少采用.2,用专用集成芯片产生,专用集成芯片功能强大,输出波形质量高,应用比较广泛. 3,用单片机实现,现在许多单片机都具有产生SPWM波的功能,采用单片机可使电路简单可靠,而 且还方便对系统其他数据参数的监控,显示和处理,使整个系统的控制非常的方便.本文就是采 用PIC16F73单片机产生SPWM波来控制UPS电源中的逆变系统的. 2 硬件电路设计 系统总体硬件框图如图1所示:电网输入交流电经整流滤波电路后,变成直流电压,送入功率 因数校正模块(PFC),进行功率因数校正,并同时进行直流电压调整,升压到360V.另一方面, 蓄电池输出的48V直流电压经过蓄电池升压电路后得到345V的直流高压,这两路直流高压通过二极 管并联起来,供给桥式逆变电路.正常工作时,由市电整流所得直流给逆变器供电,而当市电异 常时,则自动切换到蓄电池供电.直流电经过桥式逆变电路逆变后,再经输出滤波变成220V, 50HZ纯正弦波交流电,供给负载.
PWM开关变换器分析方法
控制电路以 Microchip公司的PIC16F73单片机为核心.PIC单片机是采用RISC结构的高性价比 嵌入式控制器,采取数据总线和地址总线分离的Harvard双总线结构,具有很高的流水处理速度.
http://www.cps800.com/powerworld/articlecontent.asp id=482
2005-12-4
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PIC16F73最高时钟频率为20MHZ,每条指令执行周期200ns,由于大多数指令执行时间为一个 周期,因此速度相当快.其内含192字节的RAM ,4K程序存储器,5路A/D转换及2路PWM波发生器, 应用时外围电路极其简单,是理想的单相逆变电源数字控制器. 单片机通过内部软件产生一路SPWM控制信号,然后经过逻辑门变换电路变换成逆变全桥所需 的四路驱动信号,再经专用驱动芯片TLP250隔离放大后,分别加到逆变全桥四个IGBT的栅极,进 行驱动控制. 为了提高输出电压的稳定性,本系统中采用了电压反馈闭环.输出电压经电阻分压取样后, 由运算放大电路将电平转换为单片机A/D转换口所能接受的0～5V电压信号,送入单片机A/D转换 口.软件在运行过程中,会每隔一段时间进行一次A/D转换,得到反馈电压值,调整SPWM信号的脉 宽,保证输出电压的稳定. 3 软件设计 PIC16F73单片机内部含有两个CCP模块,都可以用来产生PWM波.对于PWM信号来说,周期和脉 宽是两个必不可少的参数,PIC16F73单片机将PWM周期储存在PR2寄存器中,而将PWM信号高电平时 间值即脉宽值储存在CCPR1L或CCPR2L寄存器中.内部定时器在计数过程中不断与这两个寄存器的 值相比较,达到设定时间时输出电平产生相应的变化,从而控制PWM信号的周期和占空比. SPWM信号要求脉宽按正弦规律变化,因此每一个PWM周期脉宽都要改变,由单片机产生SPWM波 的基本思想就是在初始化时将PWM周期值设定,然后用定时器定时,每个周期产生一次中断,来调 整脉宽,从而得到脉宽不断变化的SPWM波.但实际上,SPWM频率一般都很高,周期很短,要在每 一个周期内都完成脉宽的调整比较困难.本系统中,SPWM周期为20KHZ,设置每六个周期改变一次 脉宽,实际输出SPWM信号经滤波后所得正弦波如图6所示,波形光滑无畸变,满足精度要求. 在软件设计中,将CCP2模块作为PWM输出口,CCP1模块采用比较功能,单片机时钟为20MHZ,计 时步阶0.2us.首先建立正弦表,在一个完整正弦周期中,采样64个点,采样点正弦值与正弦波峰 值的比值就是该点SPWM信号的占空比.然后根据SPWM周期计算出各点的脉宽值,转换成计时步 阶,做成正弦表,供CCP1中断子程序调用.这64个点之间的时间间隔也转换成计时步阶储存到 CCPR1H和CCPR1L寄存器中,程序运行过程中, 计数器TIMER1不断和这个寄存器的值相比较,达到 设定值时CCP1产生中断,TIMER1重新计时.中断服务子程序用来修改SPWM信号的占空比,其流程 图如图2所示. 主程序为一个无穷循环,等待中断发生.本程序中共用到了三个中断:CCP1比较中断,用来 调整SPWM脉宽,中断周期为306us;T0定时中断,每隔一段固定的时间进行一次输出电压反馈采样 值的A/D转换,在单片机初始化时,将T0的中断周期设为153us,产生一次中断后,将周期改为 306us;A/D转换

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