基于單片機控制的正弦波逆變電源設計

引言

　　逆變電源是一種采用電力電子技術進行電能變換的裝置。隨著電力電子技術的發展，逆變電源的應用越來越廣泛，但應用系統對逆變電源的輸出電壓波形特性也隨之提出了越來越高的要求，因為電源的輸出波形質量直接關系到整個系統的安全和可靠性指標。

　　隨著數字信號處理技術的發展，以SPWM控制方式設計的逆變電源越來越受到青睞。本文介紹的SPWM逆變電源就是采用PIC單片機來實現SPWM控制和正弦波方式輸出，而且電路簡單，性能安全可靠，靈活性強，同時可以降低諧波，提高效率。

　　1 SPWM逆變器結構

　　逆變電源的拓撲結構有多種形式，圖l所示是SPWM逆變電源的基本結構，它主要由變壓器中心抽頭推挽式升壓電路、逆變電路、濾波電路、驅動電路和控制電路組成。控制電路主要包括MCU控制器、升壓控制、電壓檢測和電流A／D檢測所示等電路組成。

　　2 SPWM逆變電源工作原理

　　本逆變器電源的前級采用SG3525來交替輸出兩路PWM信號以控制開關管，然后經過高頻變壓器升壓整流和LC濾波后產生400 V電壓。再通過單片機編程產生等效正弦波的矩形脈沖波來控制逆變橋開關管的導通和關斷。從而使其工作在SPWM控制方式。圖2所示是其逆變電路的電原理圖。圖2中的左橋臂工作在高頻調制方式，即Q1和Q3按照SPWM開通：右橋臂工作在高頻調制方式，即Q2和Q4按照SPWM開通，最后經過濾波得到正弦波。

　　3 SPWM正弦波脈寬調制方法

　　SPWM正弦脈寬調制法是采用調制波為正弦波、載波為三角波的一種脈寬調制方法，可廣泛應用于逆變器電源上。SPWM的輸出波形控制算法有面積等效法、自然采樣法、對稱規則采樣法、不對稱規則采樣法等，本文采用脈寬調制波的面積等效法來實現SPWM控制。圖3所示是其SPWM波形圖，該方法將半個周期的正弦波波形分成N等分，從而把該正弦波看成是由N個彼此相連的脈沖所組成，這些脈沖寬度相等(都等于π／N)，幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規律變化。如果能把這種脈沖序列用同樣數量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，并使矩形脈沖的中點和相應正弦等分的中點重合。且使矩形脈沖和相應的正弦部分的面積脈沖量相等，那么，就可以得到相應的脈沖序列。這樣，再使各脈沖的寬度按正弦規律變化，同時使矩形波與正弦波等效，就可以實現SPWM正弦脈寬調制。