單相正弦波逆變電源

　　2 技術(shù)細(xì)節(jié)

　　2.1 SPWM波的產(chǎn)生

　　本系統(tǒng)采用自然采樣法產(chǎn)生SPWM波，以正弦波為調(diào)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(guān)器件的通斷。其優(yōu)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(nèi)不等距，從而脈寬表達(dá)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(tǒng)充分利用MSP430的定時器，搭建了一個簡易的DDS;讓其計數(shù)器作增減計數(shù)構(gòu)成三角波載波，再把正弦波表作為數(shù)組預(yù)先存入MSP430中，我們只需在定時器中斷中更新比較寄存器數(shù)值即可得到調(diào)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(dá)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(tǒng)的靜態(tài)損耗,輔助電源效率過低，構(gòu)成全橋的MOSFET帶來的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗過大以及橋路順時同時導(dǎo)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(tǒng)的靜態(tài)損耗，我們采用TI的低靜態(tài)電流芯片和超低功耗單片機作為系統(tǒng)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(guān)電源作為系統(tǒng)的輔助電源，最大限度的提高輔助電源的效率;TI最新開發(fā)的超低導(dǎo)通電阻MOSFET有助于減少逆變電源開關(guān)管的導(dǎo)通損耗，另外其超快的導(dǎo)通速度配合SPWM波死區(qū)時間的設(shè)定使得全橋的開關(guān)損耗大幅度降低。以上措施使得系統(tǒng)在滿載時效率高達(dá)90%以上。

　　2.3 輸出電壓PID調(diào)節(jié)

　　由于輸入電壓隨著負(fù)載變大會有降低，切系統(tǒng)濾波電感具有電阻成分，這些因素導(dǎo)致在系統(tǒng)開環(huán)下負(fù)載調(diào)整率較大，因此本系統(tǒng)采用閉環(huán)反饋調(diào)整輸出電壓穩(wěn)定在10V。我們選用經(jīng)典PID反饋調(diào)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(diào)節(jié)，PID運算輸出作為SPWM的調(diào)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(fù)載調(diào)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(xiàn)過流保護

　　由于輸出電流是交流，且與系統(tǒng)不共地，為了不增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，本系統(tǒng)并沒有直接測量輸出電流來實現(xiàn)過流保護，而是測量系統(tǒng)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(fù)載的變化而變化，但是總體來說相對穩(wěn)定，故可以采用二次擬合得到效率隨輸入電流變化的關(guān)系式，這樣可得到輸出電流表達(dá)式：Iout=Uin*Iin*η/Uout，繼而實現(xiàn)輸出電流的監(jiān)測。

　　3 逆變電源的應(yīng)用前景

　　逆變電源具備以下優(yōu)點：

　　(1)變頻，逆變電源能將市電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)轉(zhuǎn)為多相交流電，也能將多相交流電轉(zhuǎn)換為單向交流電。

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

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

　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 吳守箴，藏英杰. 電氣傳動中的脈寬調(diào)制控制技術(shù)[M]. 北京：機械工業(yè)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(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2003
　　[4]Bell B.柵極驅(qū)動變壓器和全集成隔離器在隔離直流/直流電源轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用對比.電子產(chǎn)品世界,2010(6):11
　　[5]Prakash P,Shin K.高能效系統(tǒng)的功耗優(yōu)化技術(shù).電子產(chǎn)品世界,2013(9):57