基于直接面积等效法的逆变电源

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目前,变频技术已经广泛的应用于电机调速和变频控制中,而SPWM波的产生和控制则是变频技术的核心之一。采用模拟电路技术生成SPWM的方法电路复杂,精度较差。现在普遍使用专用模块、DSP或FPGA生成SPWM波,不过成本较高。也有文献提出了PIC单片机的逆变电源的设计方法,但是不能完成实时变频。在这里给出一种采用PIC18F2431,利用直接面积等效法实现单相正弦变频电源的方法。
 
算法的原理
1 面积等效原理
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上效果基本相同;冲量即窄脉冲的面积,所说的效果基本相同是指环节的输出波形基本相同。如果把各输入波形用傅里叶变换分析,则其低频段非常接近,仅在高频略有差异。
  
图1 直接面积等效原理图
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如图1所示,固定脉冲周期T和幅值,通过改变脉冲的占空比,等效一个正弦半波。用N个矩形脉冲代替正弦波,面积(冲量)相等,占空比按正弦规律变化。SPWM就是和正弦波等效的PWM波形。
  
2  SPWM波形产生的方法
直接面积等效PWM法具有较高精度,同时仅需要进行简单的乘法和减法运算。使用固定周期T的PWM波的面积与正弦的面积相等。正弦波直接等面积PWM法的调制原理为:设定一个周期内PWM波的脉冲数为2N,把等效的正弦波周期T分为2N等分,时间间隔Ts=T/2N=π/ωN,第i分正弦波的面积为:
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则Si=T×Mi
Mi表达式中的计算仅与N有关,如果确定N后,可将计算好的数据放入内存中,通过查表方式获取。
假设输出PWM波的幅值为Ud,周期为T/2N,第i个区间内的PWM波形高电平时间,(H桥的MOS管导通时间)为Ton(i)=Si/Ud=TMi/Ud。
为了实现实时变频,实际编程时可将Mi/Ud计算好后存入内存,需要时通过查表获取。这样Ton(i)每次只需要一次乘法运算即可确定。
由于等面积PWM法生成的PWM波形在T/2处是点对称的,如果N的取值为偶数,全部计算只需要N/2次乘法运算。

综上所述,直接等面积等效法产生PWM的方法,精度较高,易于实现实时变频控制。 

更多内容,请参阅http://www.epc.com.cn/pdfdown.php?source=2014.01.pdf

 

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