一種基于PIC單片機的正弦波逆變器設計

陳毅光+徐凱+何衛彬

摘 要 本文采用PIC16F877A單片機作為控制器，設計了一種正弦波逆變器。介紹了PIC單片機控制的SPWM波實現方法，給出了相關的電路原理圖及程序流程圖。實驗結果表明，此正弦波逆變器性能良好，THD含量少，具有較好的實用價值。

關鍵詞 PIC16F877A；逆變；SPWM

中圖分類號 TM464 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0135-02

目前，SPWM信號主要有3種生成方式：1）使用比較器、振蕩器等模擬電路產生三角波和方波進行比較，產生SPWM波，但是此種方法電路復雜，受元器件精度影響大，且不易控制；2）利用專用SPWM集成芯片，其優點是電路簡單，集成度高，缺點是無法全面實現對系統的反饋控制、監視管理和保護工作，故一般也要配合單片機實現；3）利用單片機等微處理器產生SPWM波，此方法控制電路簡單，調節靈活，硬件成本低。本文介紹一種利用PIC16F877A單片機實現SPWM波形的方法，并將其應用到全橋逆變電路中，驗證了利用PIC單片機調制SPWM波的可行性。

1 系統總體設計

本系統從結構上看主要由單片機控制電路、驅動及逆變主電路組成。

1.1 單片機控制電路

1.1.1 PIC16F877A單片機主要功能簡介

該系列單片機主要資源及功能有：1）3個定時器，2個8位，1個16位；2）8路10位A/D轉換器，1個參考電壓發生器，2個模擬電壓發生器；3）368字節（368×8位）的數據存儲器；4）上電復位（POR），掉電復位（BOR）；5）2個CCP模塊，具有捕捉、比較、脈寬調制功能；6）有兩個8位定時/計數器TMR0、TMR2和一個16位定時/計數器TMR1，其中TMR2帶有一個欲分頻器、一個后分頻器和一個周期寄存器。TMR2還是CCP模塊中PWM工作方式下的時基[ 1 ]。

1.1.2 系統控制電路

本系統利用該系列單片機的CCP模塊CCP1和CCP2輸出兩路互補SPWM波，然后通過反相器產生四路信號送至驅動電路。逆變輸出電壓具有穩壓反饋功能，通過連接單片機RA0/AN0實現。系統控制電路如圖1所示。

1.2 驅動及逆變主電路

本系統采用全橋逆變形式，驅動及逆變主電路如圖2所示。當Q1，Q4導通時，Q2，Q3斷開；當Q2，Q3導通時，Q1，Q4斷開。驅動芯片采用IR2110，此芯片具有光耦隔離和電磁隔離的優點，懸浮電源采用自舉電路，獨立的功率地和邏輯地，使得芯片結構更加可靠[ 2 ]。

2 軟件設計

2.1 PWM周期設定

實驗中，PIC單片機采用10MHz晶振，SPWM的頻率定為10kHz，因此單片機每執行一個指令，周期為0.4us。PIC單片機CCP模塊產生SPWM需要TMR2定時器配合完成。其中占空比控制由寄存器CCPRxH和CCPRxL完成，PWM周期的設定由寄存器PR2控制，PWM周期計算公式如下：

（PWM）周期=（PR2+1）×4×Tosc×（TMR2）預分頻其中Tosc為1/10MHz，TMR2預分頻設為1：4，由此計算得PR2=62。

2.2 SPWM軟件實現過程

在MPLAB IDE編譯環境下采用c語言進行編譯，設置相關寄存器，使能TMR2定時器，從0開始計數，同時CCP模塊引腳輸出高電平。在PWM模式下，TMR2計數將同步進行兩次比較：1）當TMR2≥CCPRxL時，CCPx引腳輸出低電平；2）當TMR2≥PR2時，TMR2被清零，CCPx引腳輸出高電平，PWM占空比從CCPRxL復制到CCPRxH中鎖存。同時TMR2的中斷標志位被系統置高，即TMR2IF=1，轉去執行中斷程序[3]。

程序中脈寬表共有100個數值，100個脈寬值對應半個周期，存儲在單片機ROM中以供調用。中斷程序每運行一次，更新一次脈寬值。當計數Count≤100時，脈寬值存入CCPR1L中，CCPR2L=0；當100

3 實驗分析

逆變器接阻性負載，輸出穩定的正弦波，輸出端檢測的電壓波形如圖4所示，此時電壓為224V，頻率50Hz，滿足工頻要求，且正弦性好。

4 結論

基于PIC單片機控制的正弦波逆變器，電路簡單，成本低廉。采用軟硬結合的方式控制的SPWM波輸出精度高，調節靈活、性能可靠。實驗結果證明，該逆變器的電壓和頻率穩定，總諧波含量THD低，正弦性好，在日益發展的電力電子技術領域具有較好的應用前景。

參考文獻

[1]姚曉通，楊博，劉建清.輕松玩轉PIC單片機C語言[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011：4-5.

[2]張小鳴，盧方民.基于IR2110的H橋可逆PWM驅動電路應用[J].常州大學學報，2012，24（4）：68-69.

[3]陳曉萍，王念春，馬玉龍.PIC單片機設計的SPWM控制技術[J].電源技術應用，2006，9（3）：39-40.