1 前 言
跟着信息技术的不断发展和计算机使用的日益遍及，高新技术设备对供电质量的要求越来越高，许多设备都要求电源能够继续供应恒频恒压、无崎变的纯正弦波交流电，不间断电源UPS便是用来给这些设备供电的。UPS一般选用正弦脉宽调制（SPWM）的操控办法将直流电逆变成正弦波交流电。现在，SPWM操控波形的发生一般有三种办法：1、用分立元件电路发生，主要由三角波发生器、正弦波发生器和比较器组成。分立元件电路杂乱，调试困难，本钱高，牢靠性差，因而一般很少选用。2、用专用集成芯片发生，专用集成芯片功用强大，输出波形质量高，使用比较广泛。3、用单片机完结，现在许多单片机都具有发生SPWM波的功用，选用单片机可使电路简略牢靠，并且还便利对体系其他数据参数的监控、显现和处理，使整个体系的操控十分的便利。本文便是选用PIC16F73单片机发生SPWM波来操控UPS电源中的逆变体系的。
2 硬件电路规划
体系整体硬件框图如图1所示：电网输入交流电经整流滤波电路后，变成直流电压，送入功率因数校对模块（PFC），进行功率因数校对，并一起进行直流电压调整，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，这两路直流高压经过二极管并联起来，供应桥式逆变电路。正常作业时，由市电整流所得直流给逆变器供电，而当市电反常时，则主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，供应负载。
操控电路以 MicroChip公司的PIC16F73单片机为中心。PIC单片机是选用RISC结构的高性价比嵌入式操控器，采纳数据总线和地址总线别离的Harvard双总线结构，具有很高的流水处理速度。
PIC16F73最高时钟频率为20MHZ，每条指令履行周期200ns，因为大多数指令履行时刻为一个周期，因而速度适当快。其内含192字节的RAM ，4K程序存储器、5路A/D转化及2路PWM波发生器，使用时外围电路极端简略，是抱负的单相逆变电源数字操控器。
单片机经过内部软件发生一路SPWM操控信号，然后经过逻辑门改换电路改换成逆变全桥所需的四路驱动信号，再经专用驱动芯片TLP250阻隔扩大后，别离加到逆变全桥四个IGBT的栅极，进行驱动操控。
为了进步输出电压的安稳性，本体系中选用了电压反应闭环。输出电压经电阻分压取样后，由运算扩大电路将电平转化为单片机A/D转化口所能承受的0～5V电压信号，送入单片机A/D转化口。软件在运转进程中，会每隔一段时刻进行一次A/D转化，得到反应电压值，调整SPWM信号的脉宽，确保输出电压的安稳。
3 软件规划
PIC16F73单片机内部含有两个CCP模块，都能够用来发生PWM波。关于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信号高电平时刻值即脉宽值储存在CCPR1L或CCPR2L寄存器中。内部守时器在计数进程中不断与这两个寄存器的值相比较，到达设守时刻时输出电平发生相应的改动，然后操控PWM信号的周期和占空比。
SPWM信号要求脉宽按正弦规则改动，因而每一个PWM周期脉宽都要改动，由单片机发生SPWM波的根本思想便是在初始化时将PWM周期值设定，然后用守时器守时，每个周期发生一次中止，来调整脉宽，然后得到脉宽不断改动的SPWM波。但实践上，SPWM频率一般都很高，周期很短，要在每一个周期内都完结脉宽的调整比较困难。本体系中，SPWM周期为20KHZ，设置每六个周期改动一次脉宽，实践输出SPWM信号经滤波后所得正弦波如图6所示，波形润滑无畸变，满意精度要求。
在软件规划中，将CCP2模块作为PWM输出口，CCP1模块选用比较功用，单片机时钟为20MHZ，计时步阶0.2us。首要树立正弦表，在一个完好正弦周期中，采样64个点，采样点正弦值与正弦波峰值的比值便是该点SPWM信号的占空比。然后依据SPWM周期计算出各点的脉宽值，转化成计时步阶，做成正弦表，供CCP1中止子程序调用。这64个点之间的时刻距离也转化成计时步阶储存到 CCPR1H和CCPR1L寄存器中，程序运转进程中， 计数器TIMER1不断和这个寄存器的值相比较，到达设定值时CCP1发生中止，TIMER1从头计时。中止服务子程序用来修正SPWM信号的占空比，其流程图如图2所示。
主程序为一个无量循环，等候中止发生。本程序中共用到了三个中止：CCP1比较中止，用来调整SPWM脉宽，中止周期为306us;T0守时中止，每隔一段固定的时刻进行一次输出电压反应采样值的A/D转化，在单片机初始化时，将T0的中止周期设为153us，发生一次中止后，将周期改为306us;A/D转化
中止，A/D转化完结发生中止，处理转化值，中止周期为20us。在程序开端运转后，首要发生CCP1中止，使单片机按正弦表的第一个脉宽值输出SPWM波，153us后，发生T0中止，进行A/D转化，并将T0中止周期改306us。 20us后转化完结，发生A/D中止。然后又是CCP1中止，读取A/D转化值和正弦表来调整脉宽。这样循环往复，发生接二连三的SPWM操控信号。中止循环结构如图4所示。
4 试验成果及波形
由单片机CCP2口输出的SPWM波形如图5所示，因为频率为20KHz，脉宽很窄，只截取了其间的一段，看不到脉宽从最小变到最大的进程，但能够看出这段波形中脉宽逐突变窄，契合SPWM的改动规则。
经RC滤波后得到如图6所示的正弦波，频率为49.6HZ，与规划的50HZ根本符合，波形滑润无畸变，满意规划要求。
本UPS体系中，选用的是全桥逆变电路，操控办法是一个桥臂上的两个IGBT互补导通，另一桥臂的两个一个常开，一个常闭。负半波时，换到另一桥臂的两个IGBT互补导通，原桥臂变为一个常开，一个常闭。因而需要将单片机发生的一路SPWM信号改换成四路，别离驱动四个IGBT。详细完结电路如图7所示。
单片机输出的SPWM信号和正负半波信号别离加到U3D的12和13脚，此图只画出了同一个桥臂的两个IGBT的驱动波形发生电路，另一桥臂的发生电路与此电路完全相同，只是在输入的正负半波信号前加了一个反相电路，使得不论是正半波仍是负半波，桥臂1和桥臂2的U3D的11脚总是一个为SPWM信号，另一个为低电平。经过后边的电路改换后，为SPWM信号的桥臂得到两路互补输出的SPWM波形，为低电平的桥臂则得到一个继续的高电平和一个继续的低电平，然后完结逆变全桥的驱动。
因为同一桥臂的两个IGBT互补导通，死区时刻的设置是必不可少的，不然或许呈现桥臂直通现象，导致器材乃至整个电损坏。图7中的R2、C2便是用来设定死区时刻的，经过RC电路的冲放电得到
一个时刻的推迟，再经过门电路的处理加到SPWM信号波形中。经过改动R、C的巨细就能够调整死区时刻的长短，本电路中电阻取1000欧姆，电容取6.8nF，得到5us的死区时刻。
经过电路改换最终得到的逆变桥的四路驱动波形如图8所示。IGBT驱动选用低电平有用，由图能够看出，在同一桥臂上下两个IGBT驱动波形中，从一个驱动波形的低电平变到另一个驱动波形低电平时，有一段两个信号都为高电平的时刻，也便是两个IGBT都不通的死区时刻，避免了逆变桥的直通。
5 结 语
本文介绍的这种运用PIC单片机发生SPWM信号操控逆变桥的办法在UPS电源的使用中取得了较好的试验作用。一起，这种发生SPWM波的办法也能够用在其他正弦波逆变电源中。
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