高精度全數控逆變器設計 實現軟啟功能不在話下

1、總體設計框圖

如圖1所示，逆變器系統由升壓電路、逆變電路、控制電路和反饋電路組成。低壓直流電源DC12V經過升壓電路升壓、整流和濾波后得到約DC170V高壓直流電，然后經全橋逆變電路DC/AC轉換和LC濾波器濾波后得到AC110V的正弦交流電。

逆變器以ARM控制器為控制核心，輸出電壓和電流的反饋信號經反饋電路處理后進入ARM處理器的片內AD，經AD轉換和數字PI運算后，生成相應的SPWM脈沖信號，改變SPWM的調制比就能改變輸出電壓的大小，從而完成整個逆變器的閉環控制。

2、SPWM方案選擇

2.1、PWM電源芯片方案

采用普通的PWM電源控制芯片，如SG3525、TL494、KA7500等，此類芯片的優點是能夠直接的產生脈寬調制信號，但是它缺點是波形線性不好，而且振蕩發生器是依賴充放電電路而產生波形，當要PWM芯片產生SPWM信號需要附加額外很多電路。

2.2、CPU軟件方案

采用CPU產生SPWM脈沖，如單片機、ARM或DSP等，此種方法的優點是脈寬可以通過軟件的方式來調節，不僅精度較高，而且外圍電路也很簡單便宜。

終上所述，選擇STM32F107(ARM)完成SPWM脈沖的產生和整個逆變器的控制。

3.系統硬件電路設計

3.1CPU控制器

CPU是整個逆變器的核心部分，主要負責反饋信號的采集、數字PI閉環計算、PWM波輸出、參數設置和外部通信。CPU采用的是ST公司最新推出的STM32F107系列ARM芯片。該系列芯片采用ARM公司32位的CortexM3為核心，最高主頻為72MHz,Cortex核心內部具有單周期的硬件乘法和除法單元，所以適合用于高速數據的處理。芯片具有三個獨立的轉換周期，最低為1μs的高速模數轉換器，三個獨立的數模轉換器帶有各自獨立的采樣保持電路，所以特別適合三相電機控制、數字電源和網絡應用。芯片還帶有豐富的通訊單元，包括1個以太網接口、5個異步串行接口、1個USB從器件、1個CAN器件、I2C和SPI等模塊。3.2驅動和逆變電路

逆變主電路如圖2所示采用基于H橋的單相全橋逆變電路。單相全橋逆變電路主要由Q1、Q2、Q3、Q4四個MOSFET構成。在AC于OUT之間如果加入負載就構成了逆變回路。控制Q1、Q2、Q3、Q4按一定的順序導通、截止就能夠得到所要的正弦波形。

對于本設計，開關管的選擇主要以它的額定電壓和額定電流為依據。這里選擇額定電壓為500V，額定電流為20A的IRFP460N溝道增強型MOS管為開關管。可滿足設計的要求。為了限制MOSFET門極的驅動電流，需要在門極串聯限流電阻，防止由過流導致的器件損壞。

2.3濾波電路

經過兩路SPWM信號的驅動在負載電阻上產生的電壓波形是按正弦規律變化的方波。它是一個雙極性的SPWM波形。實際需要的是頻率為50Hz的正弦波，因此需要將SPWM波進行濾波。一般的PWM逆變器采用LC低通濾波器。對于LC濾波器的設計，首先考慮濾波器的截止頻率，LC濾波器的截止頻率見式(1)。

綜合考慮濾波器輸出電壓諧波失真度、系統的動態響應以及體積、重量等因素，選取截止頻率，選取。

2.4推挽升壓電路

推挽升壓電路采用兩個參數相