80C196MC单片机波形发生器原理及其在逆变电源中的应用

文章摘要： 死区时间（deadtime）用以防止一对（同一桥臂）信号同时有效，保证产生不交叠的输出波形，死区时间产生电路如图2所示，波形如图3所示。当WG-COUNT=WG-COMPx时，相位比较器产生一跳变信号，由此启动一个10位死区时间计数器（WG-CON的低10位），使输出DT为低电平，当减至0时，DT为高。WFG和DT相与，得WG-EVEN信号，引到P6口的偶数脚；WFG和DT相与，得WG-ODD，送到P6口的奇数脚。于是得到有死区时间的PWM波形。有死区时间的SPWM信号生成原理与此相同。只不过是每周期送入WG-COMPx的脉宽参数按正弦调制算好。 2 软件设计 由于篇

80C196MC单片机波形发生器原理及其在逆变电源中的应用,标签：单片机开发,单片机原理,单片机教程,http://www.88dzw.com
     死区时间（deadtime）用以防止一对（同一桥臂）信号同时有效，保证产生不交叠的输出波形，死区时间产生电路如图2所示，波形如图3所示。当WG-COUNT=WG-COMPx时，相位比较器产生一跳变信号，由此启动一个10位死区时间计数器（WG-CON的低10位），使输出DT为低电平，当减至0时，DT为高。WFG和DT相与，得WG-EVEN信号，引到P6口的偶数脚；WFG和DT相与，得WG-ODD，送到P6口的奇数脚。于是得到有死区时间的PWM波形。有死区时间的SPWM信号生成原理与此相同。只不过是每周期送入WG-COMPx的脉宽参数按正弦调制算好。
     2 软件设计
     由于篇幅限制，本文仅介绍软件设计中的有关要点，程序流程框图如图4所示。
     2.1 建立正弦数据表
     由DC/AC变换技术中的SPWM原理知，80C196MC的WFG产生6路SPWM信号，控制主电路三相桥中6个功率开关器件的通断。因此首先需建立三相正弦脉宽数据表，由单片机初始化时算好，将其按一定的格式（即考虑相序及同一相中的脉宽次序等）存入RAM中，建立好数据指针，以便按一定的寻址方式查询。
     2.2 数字PID输出电压调节器
     由于负载和电网的扰动，输出电压是不稳定的。要达到良好的动态稳压特性，采用输出电压反馈闭环控制。算法为增量型数字PID[3]。
     Δu(k)=u(k)-u(k-1)=kp[e(k)-e(k-1)]+k1e(k)+kD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
     为编程方便整理成如下形式：
     Δu(k)=q0e(k)+q1e(k-1)+q2e(k-2)
     q0=kp(1+T/T1+TD/T) kp=1/δ
     比例系数
     q1=-kp(1+2TD/T) k1=kpT/T1 积分系数
     q2=kpTD/T kD=kpTD/T 微分系数
     前述正弦数据表按幅度调制比ma=1算得。调节电压时按PID的结果修正各开关周期的脉宽。
     2.3 频率调节
     调节输出频率，可改变WG-RELOAD中的时间常数。通常保持同步调制关系，即频率调制比不变，mf=常量。在频率调节过程中应保证输出电压不变，因此在改变WG-RELOAD内容的时，按比较地改变WG-COMPx中的值。
     2.4 软件流程框图
     软件设计是逆变控制电路设计的重要组成部分，它决定了逆变电源输出的特性，如电压调节范围及稳定程度，谐波含量，保护功能的完善、可靠性等。软件设计流程图如图4所示。
     3 变频电源整体构成
     三相静止变频电源的整体框图如图5所示。
     主电路功率模块用6MBI25L-120（6单元IGBT）构成三相逆变桥。80C196MC单片机最小系统为控制电路，完成六路SPWM控制信号的产生，电压、电流、频率数码管显示，闭环稳压、检测保护等功能。控制电路（80C196MC）输出的六路SPWM经IR2110×3后作为逆变桥的驱动信号。由于IR2110自身对逆变桥上管有自举悬浮驱动功能，控制和驱动电路共用组电源。整个系统显得比较简单。
     4 试验结果
     完成了一台2kW三相400kHz变频电源试验电路。mf=33,fs=13.2kHz,f0=400Hz，td=3μs。（WG-CON）=418H,(WG-RELOAD)=12FH，（WG-OUT）=7FFFH。SPWM波形的输出由WG-RELOAD减到1产生中断，在中断服务子程序中由计算结果刷新WG-COMPx中的内容（即置下一次脉宽），如此循环。图6（a）为80C196MC输出的SPWM波形，图6（b）是电源输出其中一相的波形。有关技术指标如下：
     输入：50Hz 220V,逆变桥直流高压300V
     输出：400Hz ±30Hz可调
     三相127V/220V，±15V可调
     效率>85%（额定负载）
     THD>3%
             

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