三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)的核心部分是SPWM信號(hào)的產(chǎn)生。本設(shè)計(jì)采用三角波作為載波、正弦波作調(diào)制波的對稱規(guī)則采樣法較為經(jīng)典，得到一系列幅值相等但寬度不等的矩形波。然后使用在線計(jì)算的方法計(jì)算矩形波的占空比：

　　設(shè)N為載波調(diào)制波比，即有N=fc/fr.其中fc為載波頻率，fr為調(diào)制波頻率。本系統(tǒng)的SPWM信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生，故載波頻率可由下式計(jì)算：

　　其中，變量N代表分頻因子（1、8、64、256或1024），fclki/o是MCU時(shí)鐘。

　　設(shè)M=UR/UC，為調(diào)制深度，其一般取值范圍為0~1，其中UC為載波幅值，UR為調(diào)制波幅值。改變調(diào)制波的幅值就能使輸出的基波電壓幅值發(fā)生變化。

　　根據(jù)規(guī)則采樣法的原理，假設(shè)一個(gè)周期內(nèi)有N個(gè)矩形波，則第i個(gè)矩形波的占空比Di為：

　　通過設(shè)置單片機(jī)，利用上述公式計(jì)算出占空比使之與計(jì)數(shù)器的TOP值相乘形成一個(gè)正弦表。然后將數(shù)據(jù)送到比較寄存器中，配置單片機(jī)I/O口寄存器，在PD4口輸出SPWM信號(hào)。整個(gè)SPWM產(chǎn)生程序流程圖及實(shí)時(shí)反饋圖如圖2：

　　圖2 SPWM 產(chǎn)生程序框圖

　　常用的正弦調(diào)制法分為同步調(diào)制法和異步調(diào)制法。同步調(diào)制法在調(diào)制波的頻率很低時(shí)，容易產(chǎn)生不易濾掉的諧波，而當(dāng)調(diào)制波頻率過高時(shí)，開關(guān)元件又難以承受；異步調(diào)制法的輸出波形對稱性差，脈沖相位和個(gè)數(shù)不固定。本軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用了分段同步調(diào)制法，［4-6］吸收上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，且很好地克服各自的缺點(diǎn)，得到特性較好的正弦波。其具體操作為：把調(diào)制波頻率分為幾個(gè)載波比不相同的頻段，在各個(gè)頻段內(nèi)保持載波比恒定，通過配置單片機(jī)內(nèi)部的載波頻率實(shí)現(xiàn)輸出基波頻率的變化，即改變計(jì)數(shù)器的TOP值，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻功能。選取的原則為：

　　輸出頻率高的頻段采用低載波比，輸出頻率低的頻段采用高載波比。同時(shí)，載波比選取為3的倍數(shù)以得到嚴(yán)格對稱的雙極性SPWM信號(hào)。本系統(tǒng)中將頻段分成五段，具體見表1：

??? 表1 頻率分段與載波比取值

　　對輸出電壓的實(shí)時(shí)反饋是軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。電網(wǎng)的波動(dòng)或是負(fù)載的變化可能導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定，因此為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性，在系統(tǒng)中加入PID增量數(shù)字閉環(huán)控制，公式如下：

　　其中Kp=1/σ是比例系數(shù)，Kl=KpT/Tl是積分系數(shù)，Kl=KpTD/T是微分系數(shù)。結(jié)合單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換功能模塊與PID閉環(huán)控制，可以很好地修正各開關(guān)周期的脈寬，達(dá)到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的目的。