【文章內(nèi)容簡介】 將輸出電壓采樣并就將采樣的信號與基準(zhǔn)信號比較后，然后將比較后的信號通過處理器后再作為輸入送人逆變主電路中，直到輸出信號與基波信號一致時，采樣調(diào)理電路就不再工作。（5）輔助電源與過欠壓保護(hù)電壓輔助電源的主要作用就是將交流輸入信號轉(zhuǎn)換為合適的直流電壓，保證逆變主電路的正常運行。過欠壓保護(hù)電路的主要作用就是在系統(tǒng)出現(xiàn)過壓，欠壓時還能使得系統(tǒng)正常的運行，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（6）驅(qū)動電路驅(qū)動電路的主要作用是保證系統(tǒng)中芯片的正常運行。逆變系統(tǒng)中的控制電路中的芯片需要驅(qū)動電路才能運行，SPWM波的產(chǎn)生電路中也需要驅(qū)動電路才可以正常的運行。 SPWM控制技術(shù)原理及其實現(xiàn)SPWM控制技術(shù)是正弦波電源的主要控制方式，通過對SPWM波占空比的改變，可以調(diào)節(jié)逆變電源的頻率，本章詳細(xì)介紹SPWM波的各種生成方式，確定設(shè)計中所使用的SPWM實現(xiàn)方式。 SPWM控制技術(shù)原理正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）即通過按正弦波變化的脈沖控制逆變主電路中的開關(guān)器件的通斷來得到正弦波等效的PWM波形。如圖31中所示為PWM波的產(chǎn)生過程，圖31a中為一正弦波形，為了通過正弦波得到一個正弦波形，將正弦波分為M等份，將這M等份的正弦波等效為M個脈沖系列，這樣就得到了一系列寬度相同且等于π/M的脈沖，這些脈沖彼此相連就形成了脈沖波形。圖31 用PWM波替代正弦半波由于脈沖波形是由正弦波確定的，因此個各脈沖的幅值不同，各脈沖的幅值是按照正弦規(guī)律變化的。將上述所得到的的脈沖序列使用一系列寬度不等，幅值相同的脈沖替代，由于是等效的替代正弦波，因此所得到的的矩形波脈沖序列的面積與正弦波面積相同，各個矩形脈沖的寬度是由相應(yīng)的正弦波等份確定的，通過等效替代就得到圖31b所示的脈沖序列，即PWM波形。SPWM分為單極性與雙極性兩種調(diào)制方式。（1）單極性調(diào)制方式圖32是采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路。單極性控制方式的原理是只在正半周期或負(fù)半周期控制IGBT管的通斷，像這種通過單極性控制方式得到的SPWM波形的調(diào)制方式為單極性調(diào)制方式。圖32 單相橋式PWM逆變電路（2）雙極性調(diào)制方式 圖32的單相橋式PWM逆變電路在采用雙極性控制方式時的波形如33所示。當(dāng)采用雙極性調(diào)制方式時，由于載波uc在基波的半個周期內(nèi)的波形出現(xiàn)了有正有負(fù)的現(xiàn)象，因此經(jīng)過調(diào)制后的SPWM波同樣也是有正有負(fù)，不再是單極性的變化了。在雙極性控制方式下，ur的一個周期內(nèi)輸出的PWM波只有177。Ud兩種電平，IGBT管的通斷控制也是在ur與uc的交點時刻。圖33 雙極性PWM控制方式波形對于逆變電源而言，不同的要求所采用的調(diào)制方式也不同。上述兩種調(diào)制方式對于逆變主電路中的開關(guān)器件通斷的時間控制不同，單極性控制方式中的載波只在正極性或負(fù)極性這一種極性變化，所得到的的PWM波也只有一種極性。而雙極性控制方式的載波是在正極性與負(fù)極性這兩種極性之間變化，所得到的PWM波有正也有負(fù)。根據(jù)設(shè)計要求，逆變電源所得到的輸出波形為正弦波，因此，本設(shè)計中采用雙極性控制方式。 SPWM控制脈沖的實現(xiàn)方式以SPWM為控制方式構(gòu)成的逆變器，其輸入為恒定不變的直流電壓，通過SPWM技術(shù)在逆變電路中同時實現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻。因此，以SPWM為控制方式的控制方案可以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。SPWM波的形成方法主要有：等面積法、硬件調(diào)制法、軟件生成法。下邊主要介紹硬件調(diào)制法與軟件生成法。（1）硬件調(diào)制法上述所介紹的等面積法需要大量的繁瑣的計算，因此在一般的設(shè)計中并不會使用此種方法。下邊介紹一種為了解決等面積法計算繁瑣而出現(xiàn)的方式硬件調(diào)制法。該種方法的基本原理就是將調(diào)制信號與載波信號進(jìn)行比較，通過對比較后的信號進(jìn)行處理后再與調(diào)制信號進(jìn)行比較，直到與調(diào)制信號一致為止。使用硬件調(diào)制法得到SPWM波時，一般情況下使用的載波為等腰三角波，而調(diào)制信號一般為正弦波。在實際的應(yīng)用中，通過模擬電路就可以實現(xiàn)載波與調(diào)制信號的比較，然后再參考調(diào)制信號對比較后的信號進(jìn)行調(diào)制，直到與調(diào)制信號一致為止。此種方法簡單，但由于模擬電路的復(fù)雜性使得所得到的的信號準(zhǔn)確性不高。（2）軟件生成法隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用軟件生成SPWM波形變得容易起來，因此軟件生成法就應(yīng)運而生。軟件生成法就是利用軟件來實現(xiàn)調(diào)制，軟件生成法包括：自然采樣法、規(guī)則采樣法。本設(shè)計中主要介紹一下規(guī)則采樣法。1）規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法以一種應(yīng)用較廣的方法，圖34所示為規(guī)則采樣法的示意圖。取三角波的兩個正峰值之間為一個采樣周期Tt。在自然采樣法中，每個脈沖的中點并不和三角波一個周期的中點重合。而規(guī)則采樣法中則使兩者重合，這就使得計算大為簡化。在圖34中，三角波的負(fù)峰值時刻對正弦信號波采樣而得到M點，過M點作一水平直線和三角波分別交與A、B兩點，在A、B兩點所對應(yīng)的時刻控制開關(guān)器件的通斷。設(shè)三角波和正弦波的幅值分別是和，周期分別是和，脈寬和間隙時間t1和由下式計算： (31) (32) (33)由公式31和32可以很容易求得和值，從而確定相應(yīng)的脈沖寬度。 圖34 規(guī)則采樣示意圖上面對PWM控制技術(shù)的原理進(jìn)行了分析，同時對能生成SPWM 控制脈沖的各種方法進(jìn)行了介紹。比較以上幾種方式可以看出軟件生成法具有抗干擾強(qiáng)，電路簡單等優(yōu)點，是一種比較理想的控制方案。一般情況下均采用DSP芯片作為SPWM波產(chǎn)生的主要形式，但本設(shè)計中的功率參數(shù)要求并不高，同時考慮到成本問題，使用單片機(jī)完全可以滿足設(shè)計的要求。本設(shè)計中采用了AT89S52生成SPWM波的方式，如圖35所示。在圖35所示的仿真中，主要通過對單片機(jī)中的定時器的設(shè)定來實現(xiàn)SPWM波的產(chǎn)生，圖中的X1為晶振，晶振大小為10KHZ，由它來控制單片機(jī)的輸出頻率。經(jīng)過單片機(jī)得到的SPWM波形如圖36所示。圖35 SPWM產(chǎn)生電路圖36 SPWM波形334 系統(tǒng)硬件電路逆變系統(tǒng)包括逆變主電路、濾波電路、升壓電路、SPWM生成電路等，根據(jù)設(shè)計技術(shù)指標(biāo)來確定各個電路中元器件型號，完成對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 電源的整體結(jié)構(gòu)和原理通過上述對單相正弦波逆變電源的數(shù)學(xué)模型及其控制器的分析基礎(chǔ)上，設(shè)計逆變電源的整體結(jié)構(gòu)。電源的整體框圖如圖41所示：圖41 電源整體框圖逆變電源的工作過程為：輸入為直流電壓24V，經(jīng)過升壓電路后電壓供給逆變器主電路。逆變主電路的控制方式為SPWM控制方式，即通過單片機(jī)芯片產(chǎn)生的SPWM信號，經(jīng)過隔離驅(qū)動電路進(jìn)行隔離放大后來控制開關(guān)功率管的通斷，經(jīng)過逆變器逆變后再經(jīng)過濾波電路就得到輸出為36V/400Hz的交流電。 逆變電源主電路的設(shè)計及仿真逆變電源主電路如圖42所示，逆變電路的輸入為直流電壓E=51V，是由升壓模塊得到的，本實驗中的升壓模塊采用的是推挽式升壓模塊，它的主要優(yōu)點是可以將輸入電壓升壓至任何值，使用推挽式升壓電路完全可以滿足設(shè)計要求。輸入電壓經(jīng)過推挽升壓電路后得到的輸出電壓作為DCAC電路的輸入，經(jīng)過逆變H橋的逆變后得到滿足設(shè)計要求的正弦波輸出。Q1Q4為四只IGBT管，它的開關(guān)頻率高，損耗小，參數(shù)離散小，可靠性高，高溫性能穩(wěn)定，氣動性能穩(wěn)定，由IGBT構(gòu)成的逆變器效率高，輸出電壓與電流的波形失真小，噪音低。開關(guān)電源的開關(guān)頻率越高，所需要的LC濾波器的體積越小，逆變器的輸出電壓諧波畸變越小，本設(shè)計中的開關(guān)頻率選用為10KHz。圖 42 逆變主電路 死區(qū)時間控制電路的設(shè)計死區(qū)時間控制電路就是為了防止輸出信號失真，由于IGBT等功率器件內(nèi)部存在結(jié)電容，會造成功率器件通斷時間的延時。使用死區(qū)時間控制電路可以防止H橋中的功率器件同時出現(xiàn)開通或關(guān)斷，通常由與非門組成。本設(shè)計中采用74HC08與74HC14組成的與非門。死區(qū)時間的計算公式為： （41）式中：TD—死區(qū)時間； Toff—IGBT關(guān)斷延時時間；Ton—IGBT導(dǎo)通延時時間。死區(qū)時間控制電路如圖43所示。圖43 死區(qū)時間控制電路 輸出LC濾波器的計算經(jīng)過逆變器后的輸出信號要經(jīng)LC濾波器濾除輸出信號中的諧波分量。本設(shè)計中LC濾波器采用如圖44所示的低通濾波器:圖44 低通濾波器輸出電壓的波形主要和濾波電路中的電感與電容的值有關(guān)，濾波器中的電感值得大小主要影響輸出波形中的諧波，電感的值越大，輸出波形中的諧波越少，但是增大電感的同時會使系統(tǒng)的動態(tài)性能降低，增大了輸出波形的畸變程度，因此電感不能過大也不可過低。濾波電容的作用是用來濾除輸出電壓的高次諧波，電容越大，輸出的紋波越小，但是逆變器的無功電流隨之也增大，使得系統(tǒng)的效率降低。濾波器中電感與電容值的選擇與濾波電路的轉(zhuǎn)折頻率有關(guān)，濾波電路轉(zhuǎn)折頻率的值如式42所示： (42)式中： fc—濾波電路的轉(zhuǎn)折頻率， fs—系統(tǒng)輸出信號的頻率濾波器的轉(zhuǎn)折頻率fc的計算公式為： (43)根據(jù)上述將式44改寫為： (44) 令上式中的，為阻抗特性。由公式44可得： (45) (46)與負(fù)載阻抗RL的關(guān)系為： (47)其中RL的值為： (48)取=，則=108。又fc的值已知，根據(jù)式45,46可得濾波器的