逆变并网模拟系统软件设计 19
O ? 图3-1 单极性PWM控制方式波形
O
? t
图3-2 双极性PWM控制方式波形
图3-3 调制波正弦波和载波三角波
图3-4 合成的SPWM波形
从图3-3和图3-4，可以很清楚地看出来，当正弦波电平高于三角波时，SPWM波形输出高电平。反之，当正弦波电平低于三角波时，SPWM波形输出低电平。
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3.2 频率相位检测
将检测的信号经LM339正相过零比较得到方波信号，经过比较以后，LM339输出端的信号为方波信号，将该信号接入反相器反相整形后分别接入连接单片机P3.4（T0）端和P3.5（T1）端，考虑到正弦波的频率较低，采用“T”法测量，当P3.4检测到一个上升沿跳变时，同时启动计数器0，采用方式1计数，考虑到正弦波的周期为在18.2ms～22.2ms之间，方式1计数溢出需要65.5ms，故无需打开计数器0中断；当下一个上升沿跳变来临时，停止计数器0，由于计数器每计数一次耗时1us，将计数器0的寄存器TH0和寄存器TL0数据取出后就可以算出频率，公式如下：
f?1?106 （3-1）
TH0?256?TL0当将模拟电网Uref和反馈信号 Uf的频率测出以后，以模拟电网信号的频率为标准，通过单片机的数据处理后，调节单片机输出控制的正弦波频率，就可以实现频率跟踪。
相位跟踪原理与频率跟踪原理比较类似，不同的是需要将两路输出信号分别接入一个单稳态电路，出来后进入或门，再将或门的输出接入主控单片机的外部中断0；相位检测需要将得到的方波脉冲经触发器得到有效的上升沿信号，接入主控单片机W77E58的外部中断INT0进行相位检测。其中，限幅电路采用两个二极管1N4148，反相整形器件选择两个74LS14进行信号整形处理。
两路信号的信号相位不同，或门输出高电平,使单片机产生中断。此时，P3.4和P3.5作为检测模拟电网的正向过零点和反馈信号的正向过零点，这样模拟电网和反馈信号的相位都可以测出，并且可以计算出两路信号的相位差，以模拟电网的相位为标准，分两种情况实现相位跟踪：1.调相位，实际相位差与标准相位差进行比较，如果实际相位差大，调节输出正弦波相位；2.逐步调频率，如果比较后发现，两者的相位差距不大，通过主控单片机程序控制进行正弦波频率控制。
在相位检测跟踪过程中要实现不断的与电网参考相位进行比较，判断两者相位之差是超前还是滞后，将根据差异大小来判断是否要进行正弦波相位调整。所以在检测是否有过零脉冲的同时还需要将两路比较信号分别送入主控单片机进行信号比较，以实现真正的相位检测和跟踪。
两个信号频率不同时，没有固定相位差。 一般要计算相位差的，都是相同频率的。不同频率的振动，算出来的相位差也没有什么意义。由以下的推导可以看出：
V1?Vm1sin(w1*t??1) （3-2）
V2?Vw2*?t?2 ) （3-3） m2sin(以上为两个不同的正弦波信号，我们假设一个为逆变输出信号，一个是电网信号。所以可以看出两信号的相位差为
? （3-4） （t）?（w）*（?t?1??）1?w22
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由此可以得到以下结论：只有当两个信号的角频率相等时，两信号的相位差才是恒值。计算出超前或滞后的时间t，就可以通过单片机进行数据处理后，调节输出正弦波的频率和相位，实现相位跟踪。
3.3 过流检测
过流大多数是指某种原因引起的负载过载。通过互感变压器连接到电网时，用霍尔电流检测元件检测电网侧电流的变化，以实现过电流检测和保护功能。由于检测单相信号，所以选择单相半波整流电路整流输出直流信号，便于通过A/D转换芯片MAX197转换后送入主控单片机进行数据采集。霍尔电流检测元件采集到的变化的电压信号，经由1N4148进行单相半波整流，信号滤波后送入TL084进行信号的稳定，将输出信号送入MAX197经模数转换后进入主控单片机，通过程序处理完成过流检测[20]。
3.4 欠压检测
直流电源输出电压的检测，由电阻分压采集到的直流电压信号送入快速A/D转换器MAX197，经转换后将信号送入主控单片机，单片机实时将采集回来的信号与片内程序给定的电压低限值进行比较，当检测值低于程序设定最低电压值时，单片机立刻送出信号封锁逆变桥的输出保护电路。
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4 系统电路及程序设计
4.1 系统总体结构
该系统主要由主控制模块，DC-AC逆变模块，SPWM波合成模块，驱动模块，滤波模块，检测模块组成。
DC-AC逆变模块实现过程：主控快速单片机输出正弦波信号，此信号经两个D/A转换芯片AD7528的转换成模拟量的正弦波信号。该模拟信号幅值和功率很小，而且不够平滑，经放大电路处理之后幅值和功率得到放大而且波形更加平滑；由两片TL084组成的滞回比较器和积分器产生的三角波信号。正弦信号和三角波信号在LM339进行叠加和过零比较后得到SPWM波脉冲。如果将此SPWM波直接用来驱动桥式电路，可能出现同一桥臂的开关元件同时导通，造成短路，元件损坏，故在输出的SPWM波驱动桥式电路之前先进行上下桥脉冲延时。而且为了进一步保护电路有必要用光耦实现强电和弱点隔离。也即是SPWM波经过延时保护电路，经过光耦，输入驱动芯片IR2110，进而驱动MOS管，从而实现将直流逆变为公网频率的交流。
检测模块要实现过程：频率相位检测与跟踪，交流侧过电流检测。
频率相位检测实现过程：是检测模拟并网侧的电压的相位和频率，将检测到的电压信号送入LM339进行过零比较，再通过反相器进行整形即可得到同频率的脉冲信号，将此脉冲信号送入主控单片机计数器T0，通过采集和程序处理即可实现对电网侧频率的检测[17]。
4.2 桥式逆变主电路
根据前文分析和综合资料，得到桥式逆变电路的主回路的结构图，可以设计为图4-1形式。
图4-1 （a）桥式逆变主电路图
