基于STC系列單片機的SPWM波形實現(xiàn)

摘要：文章在比較了多種生成SPWM波的技術(shù)基礎(chǔ)上，給出了利用等效面積法來產(chǎn)生SPWM波形的工作原理，詳細(xì)介紹了由單片機STCl2C5410AD的可編程計數(shù)器陣列PCA實現(xiàn)SPWM控制軟件的編寫過程，并給出了SPWM中斷服務(wù)程序的流程圖。將結(jié)果應(yīng)用于由MICA421驅(qū)動器驅(qū)動的四個MOSFET器件FQAl60N08所組成的逆變橋上進行實際調(diào)試，實驗結(jié)果表明，該方法具有電路簡單、計算量小、實時性強的優(yōu)點，采用在線計算和查表技術(shù)相結(jié)合，較好的解決了實時控制的要求，具有較好的應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：STC12C5410AD；SPWM波

0 引言
近年來，隨著逆變電源在各行各業(yè)應(yīng)用的日益廣泛，采用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)控制逆變電源提高整個系統(tǒng)的控制效果是人們不斷探索的問題。對SPWM的控制有多種實現(xiàn)方法，其一是采用模擬電路、數(shù)字電路等硬件電路產(chǎn)生SPWM波形，該方法波形穩(wěn)定準(zhǔn)確，但電路復(fù)雜、體積龐大、不能進行自動調(diào)節(jié)；其二是借助單片機、DSP等微控制器來實現(xiàn)SPWM的數(shù)字控制方法，由于其內(nèi)部集成了多個控制電路，如PWM電路、可編程計數(shù)器陣列(PCA)等，使得這種方法具有控制電路簡單、運行速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。本文介紹一種利用STC系列單片機實現(xiàn)SPWM波形的方法，并將由STCl2C5410AD產(chǎn)生的單極性SPWM波應(yīng)用于單相逆變電源，實驗結(jié)果證明了利用其實現(xiàn)SPWM波形的可行性和有效性。

1 正弦脈寬調(diào)制技術(shù)SPWM
SPWM控制方案有兩種：即單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制法。單極性法所得的SPWM信號有正、負(fù)和0三種電平，而雙極性得到的只有正、負(fù)兩種電平。比較二者生成的SPWM波可知：在相同載波比情況下，生成的雙極性SPWM波所含諧波量較大；并且在正弦逆變電源控制中，雙極性SPWM波控制較復(fù)雜。因此一般采用單極性SPWM波控制的形式。
由單片機實現(xiàn)SPWM控制，根據(jù)其軟件化方法的不同，有如下幾種方法：自然采樣法、對稱規(guī)則法、不對稱規(guī)則法和面積等效法等。理論分析發(fā)現(xiàn)面積等效法相對于其它方法而言，諧波較小，對諧波的抑制能力較強。而且實時控制簡單，利于軟件實現(xiàn)。因此本文采用面積等效法實現(xiàn)SPWM控制。
圖l為SPWM面積等效法原理示意圖。

假設(shè)所需的輸出正弦電壓為U0=Umsinωt，式中：Um為正弦波幅值。利用面積等效法正弦波小塊面積S1與對應(yīng)脈沖面積S2相等的原則，將正弦波的正半周分為N等分，則每一等分的寬度為兀／N，計算出半個周期內(nèi)N個不同的脈寬值。相關(guān)公式如下：
正弦波S1面積為：

逆變器輸入直流電壓為UD，脈沖面積S2與S1相等，即有：

所以第k個區(qū)間的脈沖寬度δk

式中：M為調(diào)制度。N為半個周期內(nèi)的脈沖個數(shù)。綜合考慮載波比、輸出諧波等因素，在此N取60。由上式計算出的SPWM脈寬表是一個由窄到寬、再由寬到窄的60個值的正弦表，將其存入STC單片機的ROM中以供調(diào)用。