中心議題：

• 分析SPWM 控製的基本原理
• 探討基於SPWM的交流穩壓電源設計方案

解決方案：

• 采用 52 單片機及SG3525PWM 控製芯片

引言

隨著現代科學技術的進步，對供電質量越來越提出新的高要求
，像手機基站
、精密儀器、精密加工設備、雷達係統等對供電的質量提出了更高的要求

，比如白熾燈輸出電壓改變約0.3%就jiu會hui引yin起qi人ren們men的de不bu適shi感gan覺jiao
，而er且qie帶dai微wei處chu理li器qi控kong製zhi器qi和he電dian力li電dian子zi裝zhuang置zhi的de負fu載zai設she備bei越yue來lai越yue多duo，這zhe些xie設she備bei對dui許xu多duo類lei型xing的de電dian能neng質zhi量liang擾rao動dong都dou很hen敏min感gan。傳chuan統tong的de穩wen壓ya器qi因yin為wei其qi自zi身shen的de缺que點dian己ji經jing不bu能neng夠gou滿man足zu現xian在zai的de技ji術shu要yao求qiu。

由於電力電子技術的快速發展
，MOSFET 等大功率開關器件的成熟應用
，逆變器技術以及PWM 技術都得到了極廣泛的應用。單片機等為控製提供了手段和方法
，目前對交流電源所作的種種研究都為本課題打下了基礎。

本設計交流穩壓電源的基本要求是：輸入電壓為交流24V；輸出電壓為交流36V；要求輸出有200mA的電流。本文基於逆變技術及PWM技術，采用SPWM控製方式從單片機最小係統設計、整流及電源電路、DC-DC 升壓電路、SPWM 轉換電路、H 橋驅動電路等幾個方麵出發
，設計了交流穩壓電源的各個部分內容，同時通過電壓

、頻率采樣電路、A/D 轉換電路、數碼管顯示電路等幾個方麵的設計增加了係統的電壓、頻率顯示功能。設計了單片機及其外圍電路，並結合一套合理的程序算法，給出了一套交流穩壓電源軟硬件解決方案。

1 SPWM 控製的基本原理

SPWM 法是一種比較成熟的、目前使用較廣泛的PWM 法。SPWM 就是以采樣控製理論中的衝量等效原理為理論依據的（衝量相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同）。用脈衝寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM 波形即SPWM波bo形xing控kong製zhi逆ni變bian電dian路lu中zhong開kai關guan器qi件jian的de通tong斷duan，使shi其qi輸shu出chu的de脈mai衝chong電dian壓ya的de麵mian積ji與yu所suo希xi望wang輸shu出chu的de正zheng弦xian波bo在zai相xiang應ying區qu間jian內nei的de麵mian積ji相xiang等deng，通tong過guo改gai變bian調tiao製zhi波bo的de頻pin率lv和he幅fu值zhi則ze可ke調tiao節jie逆ni變bian電dian路lu輸shu出chu電dian壓ya的de頻pin率lv和he幅fu值zhi。

在采樣控製理論中有一個重要的結論：衝chong量liang相xiang等deng而er形xing狀zhuang不bu同tong的de窄zhai脈mai衝chong加jia在zai具ju有you慣guan性xing的de環huan節jie上shang，其qi效xiao果guo基ji本ben相xiang同tong。衝chong量liang指zhi窄zhai脈mai衝chong的de麵mian積ji。效xiao果guo基ji本ben相xiang同tong指zhi環huan節jie的de輸shu出chu響xiang應ying波bo形xing基ji本ben相xiang同tong。如ru把ba各ge輸shu出chu波bo形xing用yong傅fu氏shi變bian換huan分fen析xi，則ze其qi低di頻pin特te性xing非fei常chang接jie近jin，僅jin在zai高gao頻pin段duan略lve有you差cha異yi。這zhe一yi結jie論lun是shiPWM控製的重要理論基礎。如圖1（a）所示
，將正弦半波看成由N 個(ge)彼(bi)此(ci)相(xiang)聯(lian)的(de)脈(mai)衝(chong)組(zu)成(cheng)的(de)波(bo)形(xing)。這(zhe)些(xie)脈(mai)衝(chong)寬(kuan)度(du)相(xiang)等(deng)，但(dan)幅(fu)度(du)不(bu)等(deng)
，且(qie)脈(mai)衝(chong)的(de)頂(ding)部(bu)為(wei)曲(qu)線(xian)，各(ge)脈(mai)衝(chong)的(de)幅(fu)值(zhi)按(an)正(zheng)弦(xian)規(gui)律(lv)變(bian)化(hua)。如(ru)果(guo)將(jiang)上(shang)述(shu)脈(mai)衝(chong)序(xu)列(lie)用(yong)同(tong)樣(yang)數(shu)量(liang)的(de)等(deng)幅(fu)不(bu)等(deng)寬(kuan)的(de)矩(ju)形(xing)脈(mai)衝(chong)序(xu)列(lie)代(dai)替(ti)，使(shi)矩(ju)形(xing)脈(mai)衝(chong)的(de)中(zhong)點(dian)和(he)相(xiang)應(ying)正(zheng)弦(xian)波(bo)部(bu)分(fen)的(de)中(zhong)點(dian)重(zhong)合(he)，且(qie)使(shi)矩(ju)形(xing)脈(mai)衝(chong)和(he)相(xiang)應(ying)的(de)正(zheng)弦(xian)波(bo)部(bu)分(fen)麵(mian)積(ji)相(xiang)等(deng)
，就(jiu)得(de)到(dao)圖(tu)1（b）所示的脈衝序列。像這種脈衝寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的波形即為SPWM波形。
得到 SPWM的具體實現方法可以是用一個正弦調製波和一個等腰三角載波相交，由它們的交點確定逆變器的開關模式。如圖2 所示，正弦波大於三角波時，使相應的開關器件導通；當正弦波小於三角載波時，使相應的開關器件截止。 [page]
2 係統的總體設計

本設計包括單片機最小係統、整流及電源電路、DC-DC 升壓電路、SPWM 轉換電路、H 橋逆變電路等幾個模塊，由於係統需要完成輸出電壓和頻率的檢測和顯示
，因此需要設計電壓
、頻率采樣電路、A/D 轉換電路、數碼管顯示電路等。係統的總體設計框圖如圖3 所示。
圖 3 中，24V整流電路將係統輸入的24V交流電整流成直流，並送到DC-DC升壓電路升壓到51V（36V AC 的峰值）作為H 橋逆變電路的電源。SPWM 波形由單片機軟件產生，單片機還要輸出標誌SPWM 正負半周的極性信號送給SPWM 轉換電路，SPWM 轉換電路接收單片機送來的SPWM 波形信號和正負半周極性信號。將兩個信號組合
、處理、驅動H橋逆變電路。51V 的直流經過H 橋逆變電路逆變和輸出濾波後輸出穩定的交流36V。

係統的電壓
、頻率顯示功能需要分別通過電壓采樣和頻率采樣電路采樣。其中電壓采樣取斬波前的峰值電壓經過A/D 轉換電路轉換成數字量。A/D 轉(zhuan)換(huan)電(dian)路(lu)由(you)單(dan)片(pian)機(ji)控(kong)製(zhi)，單(dan)片(pian)機(ji)根(gen)據(ju)采(cai)集(ji)的(de)數(shu)據(ju)計(ji)算(suan)得(de)出(chu)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)有(you)效(xiao)值(zhi)。頻(pin)率(lv)采(cai)樣(yang)電(dian)路(lu)將(jiang)係(xi)統(tong)輸(shu)出(chu)的(de)電(dian)壓(ya)正(zheng)弦(xian)波(bo)形(xing)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)方(fang)波(bo)
，並(bing)送(song)入(ru)單(dan)片(pian)機(ji)。單(dan)片(pian)機(ji)根(gen)據(ju)兩(liang)次(ci)上(shang)升(sheng)沿(yan)的(de)時(shi)間(jian)差(cha)，計(ji)算(suan)出(chu)波(bo)形(xing)的(de)頻(pin)率(lv)。采(cai)集(ji)的(de)電(dian)壓(ya)和(he)頻(pin)率(lv)信(xin)號(hao)都(dou)要(yao)通(tong)過(guo)數(shu)碼(ma)管(guan)顯(xian)示(shi)電(dian)路(lu)顯(xian)示(shi)。

3 係統的硬件設計

3.1 PWM 控製芯片SG3525 介紹

係統采用 SG3525 來實現SPWM 控製信號的輸出
，該芯片其引腳及內部框圖如圖4：
直流電源s V 從腳15 接入後分兩路
，一路加到或非門；另一路送到基準電壓穩壓器的輸入端
，產生穩定的+5V 基準電壓。+5V 再送到內部（或外部）電路的其它元器件作為電源。振蕩器腳5 須外接電容T G 腳6 須外接電阻RT。振蕩器頻率f 由外接電阻 RT 和電容 CT 決定， f = 1.18/RT CT 。可以根據廠家的一個圖查出。如圖5： [page]
3.2 係統原理圖

本係統設計的交流穩壓電源的原理圖如圖6 所示，原理圖中包括了單片機最小係統設計
、DC-DC升壓電路、SPWM轉換電路、H 橋驅動電路及頻率的采樣和顯示電路。 4 係統的軟件設計

4.1係統的軟件總體流程。

係統的SPWM 波形的產生通過定時/計數器T0 中斷服務程序來完成。其他功能的實現要通過主程序來完成。係統的主程序部分的總體流程如圖7 所示。

係統的軟件總體流程
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4.2 SPWM 波形的軟件算法

本設計采用定時/計數器0 來完成SPWM 波形的產生
，工作模式設定為模式1。軟件流程圖如圖8所示。
5 結語

本文采用 52 單片機及SG3525PWM 控製芯片等設計除了一款交流穩壓電源，功能包括24V 電壓輸入，36V 電壓穩定輸出，輸出電流為200mA
，同(tong)時(shi)實(shi)現(xian)了(le)電(dian)壓(ya)及(ji)頻(pin)率(lv)的(de)顯(xian)示(shi)功(gong)能(neng)，並(bing)給(gei)出(chu)了(le)各(ge)種(zhong)功(gong)能(neng)的(de)實(shi)現(xian)電(dian)路(lu)。該(gai)電(dian)源(yuan)在(zai)實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)中(zhong)性(xing)能(neng)穩(wen)定(ding)，安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)
，在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)得(de)到(dao)檢(jian)驗(yan)。