單相正弦波逆變電源

　　摘要：本系統(tǒng)實現(xiàn)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(jìn)調(diào)整。以MSP430單片機(jī)為控制核心，產(chǎn)生SPWM波控制全橋電路，然后經(jīng)過LC濾波電路得到失真度小于0.5%的正弦波。采用PID算法反饋控制使輸出交流電壓負(fù)載調(diào)整率低于1%，采用開關(guān)電源作為輔助電源、合理選用MOSFET等使系統(tǒng)效率達(dá)到90%，采用輸入電流前饋法來估計輸出電流以實現(xiàn)過流保護(hù)以及自恢復(fù)功能。

　　引言

　　本次競賽為全封閉式，不準(zhǔn)利用網(wǎng)上資源，要求參賽隊在兩天時間內(nèi)完成題目規(guī)定的任務(wù)，本題要求實現(xiàn)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(jìn)可調(diào)，要求波形無明顯失真，負(fù)載調(diào)整率小于1%，效率盡可能高，系統(tǒng)要具備過流保護(hù)以及自恢復(fù)功能。由于輸出功率較小，為了提高系統(tǒng)的效率，我們采用TI提供的MSP430系列超低功耗微控制器來產(chǎn)生SPWM波，配合TI超低導(dǎo)通電阻和快速導(dǎo)通MOSFET，在MOSFET的驅(qū)動上使用TI開發(fā)的高驅(qū)動能力半橋驅(qū)動芯片UCC27211。系統(tǒng)簡潔明了，以最簡單的方法實現(xiàn)了所有的功能，且利用矩陣按鍵和LCD顯示設(shè)備為用戶提供了良好的交互界面。以下將集中講述系統(tǒng)的大體框架和具體的實現(xiàn)方法。

　　1 系統(tǒng)方案

　　設(shè)Ud為直流輸入電壓，Uo為輸出電壓。輸出電壓Uo的展開傅里葉級數(shù)為
考慮到系統(tǒng)效率，不需要進(jìn)行boost升壓，可以直接逆變。故本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。SPWM信號控制硬件全橋電路，然后經(jīng)過LC濾波電路可以得到正弦波。以MSP430單片機(jī)為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)需要采樣電流量、控制硬件電路系統(tǒng)以及形成良好的人際交互界面。

　　1.1 硬件電路設(shè)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(jī)產(chǎn)生經(jīng)過6N137隔離進(jìn)入MOS驅(qū)動芯片UCC27211驅(qū)動全橋，后級LC濾波器的截止頻率為
可以濾除載波頻率?？紤]到MOS管需要相對較小的導(dǎo)通電阻R_DS(on)和較小上升時間和下降時間的，本系統(tǒng)選用CSD19506。本系統(tǒng)需要驅(qū)動全橋，為了提高M(jìn)OSFET的導(dǎo)通速度，降低開關(guān)損耗，因而選用TI提供的高速半橋驅(qū)動芯片UCC27211。圖2是全橋部分電路圖。

　　1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖1，主程序框圖如圖3。程序執(zhí)行的流程如下所述：單片機(jī)上電之后，系統(tǒng)進(jìn)行按鍵、片上ADC12和LCD顯示屏初始化，程序查詢按鍵，若有相應(yīng)按鍵按下，修改正弦波頻率，然后AD采樣電流判斷是否過流;否則返回繼續(xù)查詢按鍵。如果輸出過流，程序?qū)㈥P(guān)閉SPWM輸出，延時自恢復(fù);否則返回按鍵查詢。