本係統實現輸入直流電壓15V
，輸出交流電壓有效值10V，額定功率10W，交流電壓頻率在20至100Hz可步進調整。以MSP430單片機為控製核心，產生SPWM波控製全橋電路，然後經過LC濾波電路得到失真度小於0.5%的正弦波。采用PID算法反饋控製使輸出交流電壓負載調整率低於1%
，采用開關電源作為輔助電源、合理選用MOSFET等使係統效率達到90%，采用輸入電流前饋法來估計輸出電流以實現過流保護以及自恢複功能。

　　

　　

要求實現單項正弦波逆變電源

，輸入直流15V，輸出交流電壓有效值10V，功率10W
，且頻率20至100Hz步進可調
，要求波形無明顯失真
，負載調整率小於1%，效率盡可能高
，係統要具備過流保護以及自恢複功能。由於輸出功率較小，為了提高係統的效率，我們采用TI提供的MSP430係列超低功耗微控製器來產生SPWM波，配合TI超低導通電阻和快速導通MOSFET
，在MOSFET的驅動上使用TI開發的高驅動能力半橋驅動芯片UCC27211。係統簡潔明了，以最簡單的方法實現了所有的功能，且利用矩陣按鍵和LCD顯示設備為用戶提供了良好的交互界麵。以下將集中講述係統的大體框架和具體的實現方法。

　　

　　

設Ud為直流輸入電壓，Uo為輸出電壓。輸出電壓Uo的展開傅裏葉級數為

 

 

考慮到係統效率
，不需要進行boost升壓
，可以直接逆變。故本係統結構圖如圖1所示。SPWM信號控製硬件全橋電路，然後經過LC濾波電路可以得到正弦波。以MSP430單片機為核心的數字控製係統需要采樣電流量、控製硬件電路係統以及形成良好的人際交互界麵。

 

圖1：係統結構框圖

 

1.1 硬件電路設計

　　

全橋逆變和LC濾波電路如圖2所示。L_PWM和H_PWM由43O單片機產生經過6N137隔離進入MOS驅動芯片UCC27211驅動全橋
，後級LC濾波器的截止頻率為

 

　　

可以濾除載波頻率。考慮到MOS管需要相對較小的導通電阻RDS(on)和較小上升時間和下降時間的
，本係統選用CSD19506。本係統需要驅動全橋，為了提高MOSFET的導通速度，降低開關損耗，因而選用TI提供的高速半橋驅動芯片UCC27211。圖2是全橋部分電路圖。

 

圖2：全橋逆變電路和LC濾波電路　

 

1.2 係統軟件設計

　　

軟件結構框圖如圖1，主程序框圖如圖3。程序執行的流程如下所述：單片機上電之後，係統進行按鍵、片上ADC12和LCD顯示屏初始化，程序查詢按鍵，若有相應按鍵按下，修改正弦波頻率，然後AD采樣電流判斷是否過流
；否則返回繼續查詢按鍵。如果輸出過流，程序將關閉SPWM輸出，延時自恢複；否則返回按鍵查詢。

 

圖3：主程序流程圖示意

 

　　

2.1 SPWM波的產生

　　

本係統采用自然采樣法產生SPWM波，以正弦波為調製波
，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製開關器件的通斷。其優點是所得SPWM波bo形xing最zui接jie近jin正zheng弦xian波bo，但dan由you於yu三san角jiao波bo與yu正zheng弦xian波bo交jiao點dian有you任ren意yi性xing

，脈mai衝chong中zhong心xin在zai一yi個ge周zhou期qi內nei不bu等deng距ju，從cong而er脈mai寬kuan表biao達da式shi是shi一yi個ge超chao越yue方fang程cheng，若ruo采cai用yong實shi時shi計ji算suan的de方fang式shi得de到daoSPWM波的話
，計算繁瑣，非MSP430所能勝任。本係統充分利用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
，我們隻需在定時器中斷中更新比較寄存器數值即可得到調製正弦波。由於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波濾波後的正弦波失真度達到了0.5%。圖4是自然采樣原理圖。

 

　

圖4：SPWM波產生原理圖

 

2.2 效率提高

　　

影響逆變電源效率的因素有很多，比如係統的靜態損耗，輔助電源效率過低，構成全橋的MOSFET帶dai來lai的de導dao通tong損sun耗hao和he開kai關guan損sun耗hao過guo大da以yi及ji橋qiao路lu順shun時shi同tong時shi導dao通tong帶dai來lai的de損sun耗hao等deng，針zhen對dui這zhe些xie問wen題ti，我wo們men逐zhu一yi提ti出chu了le改gai善shan的de方fang法fa。對dui於yu係xi統tong的de靜jing態tai損sun耗hao，我wo們men采cai用yongTI的(de)低(di)靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)芯(xin)片(pian)和(he)超(chao)低(di)功(gong)耗(hao)單(dan)片(pian)機(ji)作(zuo)為(wei)係(xi)統(tong)主(zhu)控(kong)芯(xin)片(pian)
，另(ling)外(wai)為(wei)了(le)降(jiang)低(di)輔(fu)助(zhu)電(dian)源(yuan)帶(dai)來(lai)的(de)損(sun)耗(hao)，我(wo)們(men)采(cai)用(yong)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)作(zuo)為(wei)係(xi)統(tong)的(de)輔(fu)助(zhu)電(dian)源(yuan)

，最(zui)大(da)限(xian)度(du)的(de)提(ti)高(gao)輔(fu)助(zhu)電(dian)源(yuan)的(de)效(xiao)率(lv)
；TI最新開發的超低導通電阻MOSFET有助於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。以上措施使得係統在滿載時效率高達90%以上。

　　

2.3 輸出電壓PID調節

　　

由(you)於(yu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)隨(sui)著(zhe)負(fu)載(zai)變(bian)大(da)會(hui)有(you)降(jiang)低(di)，切(qie)係(xi)統(tong)濾(lv)波(bo)電(dian)感(gan)具(ju)有(you)電(dian)阻(zu)成(cheng)分(fen)，這(zhe)些(xie)因(yin)素(su)導(dao)致(zhi)在(zai)係(xi)統(tong)開(kai)環(huan)下(xia)負(fu)載(zai)調(tiao)整(zheng)率(lv)較(jiao)大(da)，因(yin)此(ci)本(ben)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)閉(bi)環(huan)反(fan)饋(kui)調(tiao)整(zheng)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)穩(wen)定(ding)在(zai)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後進行位移式PID調節
，PID運算輸出作為SPWM的調製度K，與正弦波表相乘後形成新的波表進行生成SPWM波運算。用此方法後負載調整率降到了1%以下，圖5是反饋過程框圖。

 

圖5：PID反饋環框圖

 

2.4 輸入電流前饋實現過流保護

　　

由(you)於(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)是(shi)交(jiao)流(liu)，且(qie)與(yu)係(xi)統(tong)不(bu)共(gong)地(di)

，為(wei)了(le)不(bu)增(zeng)加(jia)係(xi)統(tong)的(de)複(fu)雜(za)度(du)，本(ben)係(xi)統(tong)並(bing)沒(mei)有(you)直(zhi)接(jie)測(ce)量(liang)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)來(lai)實(shi)現(xian)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)，而(er)是(shi)測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)
，由(you)於(yu)實(shi)際(ji)中(zhong)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)滿(man)足(zu)Pout=Pin*η，而er效xiao率lv雖sui然ran隨sui著zhe負fu載zai的de變bian化hua而er變bian化hua
，但dan是shi總zong體ti來lai說shuo相xiang對dui穩wen定ding
，故gu可ke以yi采cai用yong二er次ci擬ni合he得de到dao效xiao率lv隨sui輸shu入ru電dian流liu變bian化hua的de關guan係xi式shi，這zhe樣yang可ke得de到dao輸shu出chu電dian流liu表biao達da式shi：Iout=Uin*Iin*η/Uout，繼而實現輸出電流的監測。

　　

　　

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(zheng)是(shi)由(you)於(yu)以(yi)上(shang)的(de)這(zhe)些(xie)優(you)點(dian)，使(shi)得(de)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)在(zai)生(sheng)活(huo)中(zhong)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。就(jiu)目(mu)前(qian)看(kan)來(lai)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)已(yi)經(jing)應(ying)用(yong)於(yu)航(hang)空(kong)，航(hang)海(hai)
，電(dian)力(li)，鐵(tie)路(lu)交(jiao)通(tong)，郵(you)電(dian)通(tong)信(xin)等(deng)諸(zhu)多(duo)領(ling)域(yu)。而(er)且(qie)隨(sui)著(zhe)大(da)量(liang)研(yan)究(jiu)的(de)投(tou)入(ru)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)領(ling)域(yu)都(dou)出(chu)現(xian)了(le)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)的(de)身(shen)影(ying)。尤(you)其(qi)是(shi)讓(rang)全(quan)世(shi)界(jie)都(dou)十(shi)分(fen)關(guan)注(zhu)的(de)能(neng)源(yuan)問(wen)題(ti)和(he)環(huan)保(bao)問(wen)題(ti)，逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)也(ye)正(zheng)在(zai)被(bei)用(yong)於(yu)其(qi)中(zhong)。現(xian)今(jin)最(zui)典(dian)型(xing)的(de)當(dang)屬(shu)太(tai)陽(yang)能(neng)光(guang)伏(fu)逆(ni)變(bian)器(qi)了(le)

，它(ta)的(de)應(ying)用(yong)使(shi)太(tai)陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)直(zhi)接(jie)並(bing)入(ru)電(dian)網(wang)成(cheng)為(wei)了(le)可(ke)能(neng)。總(zong)而(er)言(yan)之(zhi)

，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)新(xin)興(xing)領(ling)域(yu)都(dou)在(zai)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)伴(ban)隨(sui)之(zhi)下(xia)誕(dan)生(sheng)，縱(zong)觀(guan)它(ta)的(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)
，我(wo)們(men)不(bu)難(nan)知(zhi)道(dao)其(qi)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)一(yi)片(pian)大(da)好(hao)。