单片机产生SPWM波在UPS电源中的应用

中断，A/D转换完成产生中断，处理转换值，中断周期为20us。在程序开始运行后，首先发生CCP1中断，使单片机按正弦表的第一个脉宽值输出SPWM波，153us后，产生T0中断，进行A/D转换，并将T0中断周期改306us。 20us后转换完成，产生A/D中断。然后又是CCP1中断，读取A/D转换值和正弦表来调整脉宽。这样周而复始，产生连续不断的SPWM控制信号。中断循环结构如图4所示。

4　实验结果及波形

　　由单片机CCP2口输出的SPWM波形如图5所示，由于频率为20KHZ，脉宽很窄，只截取了其中的一段，看不到脉宽从最小变到最大的过程，但可以看出这段波形中脉宽逐渐变窄，符合SPWM的变化规律。

　　经RC滤波后得到如图6所示的正弦波，频率为49.6HZ，与设计的50HZ基本吻合，波形平滑无畸变，满足设计要求。

　　本UPS系统中，采用的是全桥逆变电路，控制方式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。因此需要将单片机产生的一路SPWM信号变换成四路，分别驱动四个IGBT。具体实现电路如图7所示。

　　单片机输出的SPWM信号和正负半波信号分别加到U3D的12和13脚，此图只画出了同一个桥臂的两个IGBT的驱动波形产生电路，另一桥臂的产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，使得不论是正半波还是负半波，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。经过后面的电路变换后，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持续的高电平和一个持续的低电平，从而实现逆变全桥的驱动。

　　由于同一桥臂的两个IGBT互补导通，死区时间的设置是必不可少的，否则可能出现桥臂直通现象，导致器件甚至整个电损坏。图7中的R2、C2就是用来设定死区时间的，通过RC电路的冲放电得到

一个时间的延迟，再经过门电路的处理加到SPWM信号波形中。通过改变R、C的大小就可以调整死区时间的长短，本电路中电阻取1000欧姆,电容取6.8nF，得到5us的死区时间。

　　通过电路变换最后得到的逆变桥的四路驱动波形如图8所示。IGBT驱动采用低电平有效，由图可以看出，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间，也就是两个IGBT都不通的死区时间，防止了逆变桥的直通。

5　结 语

　　本文介绍的这种运用PIC单片机产生SPWM信号控制逆变桥的方法在UPS电源的应用中取得了较好的实验效果。同时，这种产生SPWM波的方法也可以用在其他正弦波逆变电源中。


参考文献

《Uninterruptible Power Supply Reference Design》1997 Microchip Technology Inc.

何应龙 李雪银《PIC16C7X入门与应用范例》　清华大学出版社. 2002

谭政华等《智能化逆变电源研制及其SPWM波软件生成》上海交通大学学报 2000年2月 第34卷第2期