單相正弦波逆變電源

　　2 技術細節

　　2.1 SPWM波的產生

　　本系統采用自然采樣法產生SPWM波，以正弦波為調制波,等腰三角波為載波進行比較,在兩個波形的自然交點時刻控制開關器件的通斷。其優點是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波與正弦波交點有任意性，脈沖中心在一個周期內不等距，從而脈寬表達式是一個超越方程，若采用實時計算的方式得到SPWM波的話，計算繁瑣，非MSP430所能勝任。本系統充分利用MSP430的定時器，搭建了一個簡易的DDS;讓其計數器作增減計數構成三角波載波，再把正弦波表作為數組預先存入MSP430中，我們只需在定時器中斷中更新比較寄存器數值即可得到調制正弦波。由于MSP430定時器自帶比較功能，兩者比較即可得到SPWM波輸出，繼而撇開了繁瑣的超越方程求解。最終我們利用此方法得到的SPWM波濾波后的正弦波失真度達到了0.5%。圖4是自然采樣原理圖。

　　2.2 效率提高

　　影響逆變電源效率的因素有很多,比如系統的靜態損耗,輔助電源效率過低，構成全橋的MOSFET帶來的導通損耗和開關損耗過大以及橋路順時同時導通帶來的損耗等，針對這些問題，我們逐一提出了改善的方法。對于系統的靜態損耗，我們采用TI的低靜態電流芯片和超低功耗單片機作為系統主控芯片,另外為了降低輔助電源帶來的損耗，我們采用開關電源作為系統的輔助電源，最大限度的提高輔助電源的效率;TI最新開發的超低導通電阻MOSFET有助于減少逆變電源開關管的導通損耗，另外其超快的導通速度配合SPWM波死區時間的設定使得全橋的開關損耗大幅度降低。以上措施使得系統在滿載時效率高達90%以上。

　　2.3 輸出電壓PID調節

　　由于輸入電壓隨著負載變大會有降低，切系統濾波電感具有電阻成分，這些因素導致在系統開環下負載調整率較大，因此本系統采用閉環反饋調整輸出電壓穩定在10V。我們選用經典PID反饋調整，對輸出電壓進行采樣，與參考電壓比較得到誤差電壓后進行位移式PID調節，PID運算輸出作為SPWM的調制度K，與正弦波表相乘后形成新的波表進行生成SPWM波運算。用此方法后負載調整率降到了1%以下，圖5是反饋過程框圖。

　　2.4 輸入電流前饋實現過流保護

　　由于輸出電流是交流，且與系統不共地，為了不增加系統的復雜度，本系統并沒有直接測量輸出電流來實現過流保護，而是測量系統的輸入電流，由于實際中輸入輸出滿足Pout=Pin*η，而效率雖然隨著負載的變化而變化，但是總體來說相對穩定，故可以采用二次擬合得到效率隨輸入電流變化的關系式，這樣可得到輸出電流表達式：Iout=Uin*Iin*η/Uout，繼而實現輸出電流的監測。

　　3 逆變電源的應用前景

　　逆變電源具備以下優點：

　　(1)變頻，逆變電源能將市電轉換為用戶所需頻率的交流電。

　　(2)變相，逆變電源能將單相交流電轉轉為多相交流電，也能將多相交流電轉換為單向交流電。

　　(3)逆變電源能將直流電轉換為交流電，能將低質量的市電轉換為高質量的穩壓穩頻的交流電。

　　正是由于以上的這些優點，使得逆變電源在生活中得到了廣泛的應用。就目前看來逆變電源已經應用于航空，航海，電力，鐵路交通，郵電通信等諸多領域。而且隨著大量研究的投入越來越多的領域都出現了逆變電源的身影。尤其是讓全世界都十分關注的能源問題和環保問題，逆變電源也正在被用于其中。現今最典型的當屬太陽能光伏逆變器了，它的應用使太陽能發電直接并入電網成為了可能。總而言之，越來越多的新興領域都在逆變器的伴隨之下誕生，縱觀它的發展趨勢，我們不難知道其應用前景一片大好。

　　參考文獻：
　　[1] 吳守箴，藏英杰. 電氣傳動中的脈寬調制控制技術[M]. 北京：機械工業出版社, 1998
　　[2] Zhao Qinglin, Guo Xiaoqiang, Wu Weiyang. Two-degree-of-freedom PID digital control of a bidirectional quaei-single-stage push-pull forward high frequency link interver. IEEE APEC’06, 2006
　　[3] 陳道煉. DC/AC逆變技術及其應用[M]. 北京: 機械工業出版社, 2003
　　[4]Bell B.柵極驅動變壓器和全集成隔離器在隔離直流/直流電源轉換器中的應用對比.電子產品世界,2010(6):11
　　[5]Prakash P,Shin K.高能效系統的功耗優化技術.電子產品世界,2013(9):57