【導(dǎo)讀】隨著信息技術(shù)的發(fā)展，逆變電源應(yīng)用日益廣泛。礎(chǔ)上設(shè)計和實現(xiàn)了一個正弦逆變電源。電路以及檢測保護電路。單片機結(jié)合D/A產(chǎn)生的正弦波和線性三。角波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制波形，通過光電隔離驅(qū)動H橋逆變。電壓頻率可以在30Hz~100Hz之間調(diào)節(jié)。輸出小于100W時，電。壓波形沒有失真。

　　

【正文】 輸入電容也較大，因而需要的驅(qū)動功率也較大。 IRF460 的典型輸入電容 Cin 為 2890pF，柵極電阻 RG過小時，可增加驅(qū)動電流，但由于充電回路中存在分布電感，與輸入電容形成諧振，如圖所示。 30 VDRV RG LS Ciss 圖 驅(qū)動 回路 容感分布模擬圖 這將導(dǎo)致驅(qū)動波形的振蕩，實驗中柵極電阻 RG選 22歐姆，可消除振蕩。在此情況下，經(jīng)上述公式估算驅(qū)動電流大概為 1A左右。另外在 驅(qū)動電路中為防止主電路對控制電路的干擾，一般需要在驅(qū)動電路中設(shè)置隔離。本電源的驅(qū)動電路采用高速光耦 TLP250 進行隔離。在柵極和發(fā)射極之間并聯(lián) 10k 左右的電阻，防止由于電荷的積累產(chǎn)生的誤導(dǎo)通。 H 橋的電路 如圖 ： Q11IRF460Q14IRF460Q15IRF460Q10IRF460R36R37R43R4212P41mHL11mHL212P6453/630C24S1S2S5S6S3S4S7S8 圖 橋拓撲圖 31 濾波電路的設(shè)計 逆變器輸出電壓中不僅包含了 50Hz 正弦波，還包含了開關(guān)頻率附近的諧波分量。本系統(tǒng)需要的是 50Hz 的正弦波電壓，因此在輸出端要加上輸出濾波器，只讓 50Hz 的正弦電壓輸出，而抑制高次諧波分量輸出。故所設(shè)計的輸出濾 波器為低通濾波器，它由電感及電容組成。電感的電抗為 XL=? L，隨頻率升高而升高，電容的電抗為 Xc=1/? c，隨頻率升高而降低。 當 ? L=1/? c 時，所對應(yīng)的頻率為諧振頻率 fc: 12cf LC?? （ ） 設(shè)逆變器輸 出電壓中基波頻率 f1為 50Hz，開關(guān)頻率 fk為 24kHz 則 f1， fc， fk 三者需滿足 :flfcfk，由于 flfc，故。 1? L1/ 1? c, 1? L 對基波信號阻力很小， 1/ 1? c,對基波信號分流很小，因此允許基波信號通過。又由于 fk fc，故 1/kkLc???? ， kL? 對開關(guān)頻率附近的諧波分量阻力很大， 1/kc? 對此諧波分流很大，因此不允許開關(guān)頻率附近的諧波分量通過，更不允許它的高次諧波分量通過。 定義濾波器特性阻抗為 Lc??，又根據(jù)式 ，可得 L， C 的計算公式 : 2 cL f???和 12 cC f??? （ ） 一般地， (0. 4 ~ 0. 8 )R? ? ， ( ~ )ckff? 32 對于本文設(shè)計的 100W 逆變電源，輸出電壓為 220V，滿載時R=242 ? ，選擇 ? =。 fk 為 24kHz，選擇 ? ， 可計算出 L=2mH， C=40uF。電路圖 電流檢測和電壓檢測電路的設(shè)計 在 H橋回路 中串入采樣電阻，電流流過該電阻時產(chǎn)生壓降，通過檢測該電壓，即可計算出電機中的電流。若該電阻取得過大，則會影響 H 橋下臂的驅(qū)動電壓，取得過小，不利于提高檢測精度。這里我們?nèi)?，當電機工作在額定狀態(tài)時，電流約為 5A，此時，壓降為 ，再將該電壓放大 5 倍后，送入 A/D 轉(zhuǎn)換通道 0。電阻的功耗為： PR耗 =I2R=52 =。選擇 ， 5W 的電阻即可滿足要求。在輸出端通過工頻變壓器對輸出電壓采樣，濾波整流后送入 A/D 轉(zhuǎn)換通道 1。電路如圖 ： D? T? 220uFC? 104C? 12P6 圖 按鍵控制與顯 示 51 單片機的機器周期是晶振周期的 12 分頻，通過單片機定時中斷查表得方式向 D/A 輸送數(shù)據(jù)得到正弦波，假設(shè)單片機的晶振周期是 12M，一個機器周期是 T=1us。而要輸出 50Hz 即 20ms 一 33 個周期的正弦波，建立一個 100 點的數(shù)據(jù)表，則單片機要 200 個機器周期向 D/A 輸送一次數(shù)據(jù)，在調(diào)整頻率和幅值時需要大量的浮點計算，單個 51 單片機不能同時處理鍵盤， A/D 和液晶顯示的數(shù)據(jù)，所以本文用兩個 51 單片機，用單片機 A 處理鍵盤和 A/D的數(shù)據(jù)，同時驅(qū)動 LCD1602 顯示設(shè)定的電壓頻率和幅值，并顯示通過 A/D 采樣的輸出電壓平均 值；單片機 B 通過串口和單片機 A通訊，控制 D/A 輸出正弦波。 軟件流程如下： 開 始初 始 化向 串 口 送 系 數(shù)根 據(jù) 按 鍵 輸 入 調(diào) 整 系 數(shù)顯 示 幅 頻判 斷 有 否 按 鍵 按 下 ？提 取 默 認 系 數(shù)確 定 鍵 按 下 ？計 算 系 數(shù)YNNY 圖 鍵盤液晶程序流程圖 軟件參見附錄 34 小結(jié) 在本小節(jié)主要設(shè)計和實現(xiàn)了正弦逆變電路，單片機和 D/A 產(chǎn)生的正弦波信號調(diào)制三角波信號產(chǎn)生兩路相位相反的 SPWM 波，通過死區(qū)發(fā)生和邏輯轉(zhuǎn)換變成 4路其中兩兩相位相反的 SPWM 波，最后通過光耦隔離驅(qū)動 H橋?qū)δ妇€電壓逆變。 4 系統(tǒng)測試 與結(jié)果分析 測試儀器： VC9807 位數(shù)字萬用表， DT9205 數(shù)字萬用表 DS1102CD 100MHz 數(shù)字存儲示波器 12V， 6A直流電源 升壓電路測試 給升壓電路加 12V 輸入電壓，啟動升壓電路，調(diào)節(jié)反饋電壓的反饋系數(shù)（改變反饋分 壓電阻），使 SG3525 輸出占空比達到 48%左右?？蛰d時輸入電壓為 12V，輸出電壓為 380V， 測試波形如下圖： 35 圖 關(guān)閉升壓電路，在升壓電路輸出端接 100W 的燈泡，啟動升壓電路。帶載時輸入電壓為 ，輸出電壓為 340V， 測試波形如下： 圖 36 正弦波發(fā)生電路測試 為單片機模塊上電，通過鍵盤調(diào)節(jié)使得 D/A 輸出正弦波為50HZ， 用模擬電路產(chǎn)生波形和 用示波器測試 TL082 輸出端波形分別如圖 和圖 : 圖 正弦波仿真波形 圖 37 線性三角波發(fā)生電路 給 NE555 供電 測試輸出波形 如圖 ： 圖 線性三角波形 SPWM 波形 將正弦波和三角波分別加到比較器 LM393 的同相端和反向端，得到兩路 SPWM 波形，仿真波形和示波器測試波形分別入圖 和圖 ： 38 圖 波形仿真 圖 波形測試 39 死區(qū)時間測試 通過仿真和 通過示波器觀察到的死區(qū)時間如圖 所示： 圖 死區(qū)時間仿真 圖 死區(qū)時間 40 輸出電壓波形測試 輸出電壓為高壓交流，不能直接用示波器探頭進行測試，在這里用 600K 的電阻和 10K 的電阻風(fēng)壓，測試 10K 電阻兩端的電壓波形，空載仿真波形和測試波形如圖 ，實際波形如圖 ： 圖 仿真輸出波形 圖 空載輸出波形 41 在電源輸出端接 100W 的燈泡，啟動電源，帶載波形如圖所示： 圖 帶載輸出波形 電源效率測試 分別給電源輸出端加不同阻值的負載，測試輸入輸出電壓和電流的大小，用以測試電源的效率，測試結(jié)果如表 ： 表 電源效率測試數(shù)據(jù)記錄表 輸入電壓（ V） 輸入電流(A) 輸出電壓(V) 輸出電流(A) 效率 (η ) 12 0 220 0 空載 218 % 207 % 202 % 由于手工繞制高頻變壓器的漏感太大和 SOFET 管的損耗比較大，電源效率低下。 42 總結(jié) 本文完成的的工作主要有以下幾個方面： 在充分了解課題背景和實際要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于 51 單片機的正弦逆變電源，并完成了實物。 通過推挽式升壓電路，將 12V直流輸入電壓升高到 370V，完成了升壓過程。 采用 51 單片機和 D/A 輸出了模擬正弦信號，并通過 LM393調(diào)制三角載波，得到 SPWM 波形，并通過阻容放電和邏輯轉(zhuǎn)換完成了死區(qū)時間設(shè)定。 通過 隔離電源和光耦 TLP250 完成了光電隔離驅(qū)動，驅(qū)動 H橋?qū)δ妇€電壓逆變。最后通過感容低通濾波器得到正弦式輸出電壓。 通過鍵盤可以對輸出電壓的頻率和幅值進行階梯式調(diào)節(jié)，并借助 LCD1602 顯示設(shè)定的和實際的電壓幅值與頻率。 實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較寬的電壓適用范圍，還具有靈活性高、響應(yīng)速度快、隔離度高、 可靠性高 的特點，驅(qū)動電路驅(qū)動功率大、速度快并實現(xiàn)了強弱電隔離，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。 43 參考文獻 [1] 王春民 ,劉興明等編著 .連續(xù)離散控制系統(tǒng) [M].北京 :科學(xué)出版社 , WANG Chunmin, LIU Xingming and Discrete Control Systems[M].Beijing: Science Press, [2] 陳伯時 .電力托動自動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng) (第 3 版 )[M].北京 :機械工業(yè)出版社 , CHEN Boshi. 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