一種用單片機(jī)制作的高頻正弦波逆變器

1．引 言　

逆變器有方波逆變器和正弦波逆變器兩大類，方波逆變器雖然結(jié)構(gòu)筒單，造價(jià)低廉，但是由于諧波太多，不適合感性、容性電路的工作，而市場上的正弦波逆變器的價(jià)格普遍較高，使一些用戶難以接受，從而限制了它的推廣和應(yīng)用。本文主要介紹一種簡單實(shí)用的正弦波逆變器。

正弦波脈沖調(diào)制是正弦波逆變器的關(guān)鍵，它們都需要一個(gè)正弦波發(fā)生器，利用它產(chǎn)生的正弦波和三角波（鋸齒波）進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)正弦波調(diào)制。產(chǎn)生正弦波的方法和途徑很多。通常應(yīng)用的方法有模擬式和數(shù)字式兩類，通過不同的多種方式去實(shí)現(xiàn)。如用帶濾波電路和正反饋放大器構(gòu)成的正弦波振蕩發(fā)生器電路，這是最常用的經(jīng)典電路，但調(diào)整較復(fù)雜，頻率精度不高。還有用函數(shù)發(fā)生器等方法產(chǎn)生正弦波電路。用大規(guī)模專用集成電路和單片機(jī)構(gòu)成的正弦波脈寬調(diào)制電路。采用EPROM和D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生參考正弦電壓也是一種常用方法。用DSP高速數(shù)據(jù)處理器實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制是最新的一種方法，由于引入了計(jì)算機(jī)技術(shù)，需要增加大量的軟件開發(fā)和設(shè)計(jì)工作，盡管電路的復(fù)雜系數(shù)和成本都有所增加，但它確實(shí)是大容量逆變器的一種優(yōu)良設(shè)計(jì)方法。

基于上述情況，我們研究設(shè)計(jì)了一種用廉價(jià)的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)正弦脈沖調(diào)制、逆變、控制及保護(hù)的電路，使逆變器的結(jié)構(gòu)更為簡單，性能穩(wěn)定可靠。

2．脈沖調(diào)制波的產(chǎn)生

2．1　脈沖調(diào)制波的產(chǎn)生原理

用模擬方式產(chǎn)生正弦波脈沖調(diào)制波，需要用硬件產(chǎn)生一個(gè)頻率為50Hz的參考正弦波（或100HZ的正弦波半波）和一個(gè)與載波（調(diào)制）頻率一致的三角波或鋸齒波。通過正弦波和鋸齒波的比較，產(chǎn)生一組脈沖寬度按正弦波規(guī)律變化的脈沖波。

本設(shè)計(jì)中電路輸出的脈寬調(diào)制波是通過正弦能量計(jì)算的辦法，只須計(jì)算出正弦波1/4周期，即0°～90°的正弦波內(nèi)相應(yīng)周期上的脈寬和脈沖間隔，再通過鏡象法，獲得一組正弦波半波（0°~180°）內(nèi)的脈沖寬度和脈沖間隔。輸出的正弦波與脈沖調(diào)制波的關(guān)系如圖1所示。圖中：N為50Hz正弦波半周期所含脈沖個(gè)數(shù)；Um為正弦波波峰電壓；T——正弦波周期，頻率為50Hz時(shí)，T=0.02秒；αN為第N個(gè)脈沖對應(yīng)的電度；

為第N個(gè)脈沖的寬度；γN為第N個(gè)脈沖與N+1個(gè)脈沖之間的的間隔。

圖1　正弦脈沖調(diào)制能量等效圖

圖2　單片機(jī)部分程序流程圖

根據(jù)正弦波能量等效法可得如下關(guān)系：

其中：

N=F/2f

f =50Hz為正弦波頻率，F(xiàn)=12K為載波頻率。因此可求得脈寬與輸出正弦波的關(guān)系為：

余此類推。