律变化而和正弦波等效的PWM波形，成为SPWM波形。
在PWM波形中，要改变等效输出正弦波的幅值只要按同一比例改变各脉冲的宽度即可。
2.利用80C196MC单片机产生SPWM波形
根据上面分析的原理，我们选用80C196MC来产生SPWM波形。下面分析80C196MC单片机内部PWM波形发生器WFG ( Wave Form Generator )的原理及如何产生SPWM波形。图4-3给出了WFG的原理框图。
正弦调制波 三角载波 死区信号时间发生器 输出 图4-3 80C196MC产生SPWM波形原理框图
相位比较器 缓冲器 WFG有三个同步的PWM模块，可输出三相互补PWM波形。三对输出为WG1和/WGI, WG2和/WG2, WG3和/WG3,输出受WG＿OUT专用寄存器的控制。 WG＿OUT寄存器确定WFG时基计数器的计数方式(向上或向下)、工作方式(方式0、1、2、3)。
下面以中心对准工作方式0为例说明WFG产生PWM波的原理。 当WFG的时基发生器开始工作时，时基计数器开始向上计数，原始输出有效。当计数器的值和相位比较寄存器的值相等时即WG＿COUNT=WG＿COMP时，输出变为无效。然后计数器继续向上计数，直至WG＿COUNT=WG＿RELOAD，计数器计数达到峰顶时，产生一次WG中断，发生一次相位比较寄存器修改值的重装载。随后计数器向下计数，这期间一对互补输出均无效，直至WG＿COUNT再次等于相位寄存器WG＿COMP的值，输出又变为有效，直至WG＿COUNT又一次等于WG＿COMP输出再次变为无效。如此反复，在WGx和/WGx产生一对互补PWM输出波形，如图4-4所示。图中：
Tc?4?WG?RELOADFxta(us) （4-1）
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WG＿RELOAD WG-COUNT WG-COMP Tc WG /WG1 WG1 WFG DT T-dead /WG1 WG1
图4-4 波形发生器产生中心对准PWM
其中Tc为三角载波周期，Fxtal为单片机的晶振频率。
为防止一对同时有效的互补PWM波作用于逆变器的上下臂产生直通问题，保证WFG的输出产生不交叠的波形，WFG中设置了无信号时间发生器或称为死区时间发生器，它是当WG＿COUNT=WG＿COMP时，相位比较器产生一跳变信号，跳变检测器检测到此跳变后，启动一个10位无信号时间计数器，其计数值由WG＿CON专用寄存器的低10位D9～DO装入，并驱使计数器的输出DT为低电平，然后每个状态周期计数减1，直至到0。这时计数器停止计数，DT变为高电平。
DT?value?Tdead?Fxral2 （4-2）
其中DT?value为死区时间计数器的值，Tdead为要求设置的死区时间〔us)。
值得注意的是死区时间的设置不能影响PWM的正常输出。因为太大的死区时间可能导致WFG无PWM输出。理论上要保证脉冲宽度不小于3Tdead。
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在图4-4中可看出设置了死区时间后的PWM波形输出。
WFG内专门设置了保护电路，由WG＿PROTECT专用寄存器控制，并作用于EXTINT脚。
由上述80C196MC单片机的波形发生器WFG产生PWM波的基本原理可知，要产生正弦脉宽调制SPWM波形，必须按正弦规律控制WFG产生的PWM波形的占空比。因此在WFG产生中断重装载相位寄存器的值时必须计算正弦函数值或者查正弦函数表(预先计算好制成表格)以获得对应时刻的正弦值。本论文中采用了正弦函数表法。
4.2 UPS逆变器主回路设计
逆变器的主回路即功率电路的结构形式很多。从相数来说，有单相逆变器和三相逆变器两种；从容量来看，有大容量逆变器、中容量逆变器和小容量逆变器。根据主回路采用的不同种类的功率器件和采用不同的电路结构形式，逆变器又可分为晶闸管单相桥式逆变器、晶体管逆变器、三相桥式逆变器、多重逆变器；根据控制方式的不同可分为相控逆变器、PWM型逆变器以及最新提出的移相式SPWM控制逆变器。在实际应用中，电路结构较多采用单相或三相桥式逆变电路。
本UPS逆变器的设计中，主回路采用三相桥式逆变电路，控制方式采用SPWM调制方式，逆变功率器件选用IGBT。
4.2.1 PWM型三相桥式IGBT逆变电路
1.电路结构
PWM控制型逆变电路多采用桥式电路。根据大容量的要求，本次设计采用三相桥式逆变电路结构。
2.控制方式
根据UPS输出波形的需要，可采用多种控制方式。比如输出波形为方波时可采用相控方式，SPWM型调制输出正弦PWM波。本设计中为得到正弦波采用SPWM控制。
3.逆变器件的选择
逆变器件种类很多，从最早的晶闸管到功率晶体管，从单极型器件到
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双极型器件以及复合型器件，从单个器件到n (n为2, 4, 6, 12)单元模块。
本逆变电路中逆变器件采用了复合型器件绝缘栅双极晶体管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，这是基于以下原因考虑的:
(1)器件本身的特点。
(2)逆变电路功率和控制的需要。 4. IGBT驱动电路的设计
电力电子功率器件作为开关器件使用时，要使其安全、可靠的工作，设计好驱动电路是一个关键的环节。不同的功率开关器件都有自身的特点，其导通和关断的具体细节是不同的，因此必须结合所采用的功率开关器件来设计其驱动电路。
下面介绍本逆变电路中采用的功率开关器件IGBT所设计的驱动电路。 基于IGBT在本PWM控制的逆变器电路中工作在高速大功率开关状态，工作频率高，并结合器件本身的特点，设计其驱动电路必须考虑以下因素:
(1)栅极正向驱动电压要正确选择。 (2)IGBT的关断电压选取要合适。 (3)栅极串联电阻RG的取值要适当。 (4)合适的栅源电阻RGE和稳压管ZGE。
(5)保证驱动电路与整个控制电路的严格电位隔离。
(6)门极驱动电路简单适用，并对IGBT有自保护功能和较强的抗干扰能力。
根据以上要求，设计如下IGBT驱动电路：以日本富士公司生成的IGBT专门驱动芯片EXB841为核心器件，同时配以其他必要的器件，如图4-5所示。EXB841可驱动300A/1200V的IGBT；信号延迟时间小于1us；工作频率可达40-50KHZ；内部有高速光耦隔离输入信号；有短路保护功能。
下面结合图4-5对其外围电路进行说明。
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图4-5 利用EXB841组成IGBT驱动电路
PWM脉宽调制波从EXB841的14, 15脚输入，经过EXB841的内部高速光耦隔离后放大，再从3脚输出IGBT的PWM驱动信号。2脚是EXB841的工作电源+20V的接入脚；1脚提供IGBT的-5V反向关断电压，电容C1, C2是为了吸收由于电源接线阻抗而引起的供电电压的变化。R3并联在2脚和1脚之间，提高共模抗干扰能力。R4为栅源电阻。RG为栅极电阻。6脚是EXB841过流检测输出脚，一旦过流发生，它通过快恢复二极管D1快速关断驱动信号，实现IGBT的保护。同时，EXB841内部过流封锁电路在5脚输出过流信号，可通过高速光电隔离器件送出过流报警信号。
EXB841的1脚输出的-5V是内部-5.1V稳压管提供的，应用中常因功率不足易被外界干扰所产生的尖峰信号击穿损坏，以致不能很好地抑制IGBT的栅极的电压波动，从而造成IGBT的损坏。因此在EXB841电路外部并接一个功率为1W的5.1V稳压管Z1。这样可有效地防止驱动块的损坏，同时也能更可靠地驱动和关断IGBT。Z2是由两个10V的稳压管正负对接而成，是为了防止高压尖峰造成IGBT的栅源击穿。
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