80C196MC单片机波形发生器原理及其在逆变电源中的应用

liyf

80C196MC单片机波形发生器原理及其在逆变电源中的应用
80C196MC波形发生器的SPWM波形产生原理和软件设计要点。使逆变控制电路实现了全数字操作，改进了传统的控制方法。试验表明，该方案结构紧凑、动态特性好、可靠性高。
关键词：80C196MC 正弦脉宽调制 波形发生器 逆变器 控制电路

这些集成电路有HFE4752、SLE4520、MA8X8/SA8X8、SAXXXX等。其中多数要与单片机连接才能完成SPWM控制功能，对于要求较高的逆变系统来说仍然不够简捷。INTEL公司推出的16位单片机8XC196MC片内集成了三相SPWM波形发生器WFG（Wave Form Generator，以下简称WFG）[1]，为逆变控制电路的全数字化设计提供了强有力的硬件支持，它的软件指令丰富，与其它196XX单片机基本兼容。本文重点介绍80C196MC中WFG的工作原理及软件的设计要点。
1 WFG工作原理





有四种控制方式可选择：方式0～方式3。方式0、方式1为中心对准方式，即把SPWM脉冲安排在开关周期的中心点上，这与模拟电路中三角波载波（双边调制）相对应。方式0和方式1的区别在于波形参数的重加载时间和次数不同。方式2和3是边沿对准方式，即把SPWM脉冲波安排在开关周期的起始点上，这与模拟电路中的锯齿波载波（单边调制）相对应。其区别也是重加载的时机不同。中心对准的SPWM波形所造成的谐波小，不含ωs±ω0和2ωs（ωs为开关角频率，ω0为信号波角频率）谐波[2]，通常采用中心对准方式。在以下的叙述中，均以方式0为例（M0（B12）=M1（B13）=0）。


首次写入到WG-RELOAD中的值在一个晶振周期后装入WG-COUNT。若WG-CON中的EC=1，开始减1计数，至0001H，等待一个时钟周期后作加1计数，直至WG-COUNT中的值等于计数比较寄存器的值，此时完成一个载波周期，如图1中t1～t2。WG-RELOAD的内容装入WG-COUNT和计数比较寄存器；WG-COMPx的内容装入相位比较寄存器；输出缓冲寄存器的内容装入WG-OUT；PI-PEND寄存器中WG中断置1。

μs)，WG-RELOAD-16位二进制数；Fxtal——Xtal引脚上的晶振频率，不考虑死区时间的有效脉宽；tp=WG-COMP/Fxtal（μs）。


2 软件设计


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。


Δu(k)=u(k)-u(k-1)=kp[e(k)-e(k-1)]+k1e(k)+kD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

Δu(k)=q0e(k)+q1e(k-1)+q2e(k-2)
q0=kp(1+T/T1+TD/T) kp=1/δ 比例系数







3 变频电源整体构成


4 试验结果
μs。（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：







采用16位单片机80C196MC最小系统，使整个控制电路大为简化并且实现了全数字化。器件减少、结构紧凑、性价比高。试验表明，系统动态特性好、可靠性高。