正弦波逆变电源的设计

正弦波逆变电源的设计

摘要此正弦波逆变电源的设计，用10-14.5V的直流电作为输入电压，输出电压为36V,频率为50HZ，额定满载输出功率为50W的正弦波交流电。该正弦波逆变电源以TMS320芯片为控制核心，由Boost升压电路和全桥逆变电路构成系统主电路，逆变部分采用SPWM调节方式，利用闭环反馈调节控制输出电压。在控制电路上，以TMS320控制驱动电路，驱动DC/DC变换电路以及DC/AC变换电路，TMS320还控制SPWM的计算和实时电压、电流采样运算；在保护上，电路具有欠压、过压、过流保护、输出短路自恢复和频率可调，以及输出电压可调等功能。其系统效率高，性能稳定，该电源很好的完成了各项指标，输出功率达到49.6HZ,THD为1.6%，逆变效率达到93%,欠压保护点8.9V,过压保护点16.2V；当欠压时，输出关闭。关键词：正弦波；SPWM；升压；逆变器Researchonthesingle-phasesinewaveinverterpowerAbstractThisdesignofsinewaveinverter,with10to14.5VDCastheinputvoltage.ThesinewaveACoutputvoltageis36V,thefrequencyis50HZ,anditsratedfullloadoutputpoweris50W.ThesinewaveinverterisusingTMS320chipasthecontrolcore.ItssystemmaincircuitisconsistoftheBoostcircuitandfull-bridgeinvertercircuit,TheinverterpartadoptsSPWMadjustmentmethod,anduseclosed-loopfeedbacktocontroltheoutputvoltage.Atthecontrolcircuit,withTMS320tocontroldrivecircuit,drivingDC/DCconvertercircuitandDC/ACconvertercircuit,TMS320alsocontrolsSPWMcomputingandreal-timevoltageandcurrentsamplingoperation.Intheprotection,thecircuithasundervoltage,overvoltage,over-currentprotection,outputshortcircuitself-recoveryandfrequencyisadjustable,andtheoutputvoltageisadjustablefunctions.Itssystemhashighefficiencyandstableperformance.thepowerfinisheseveryindicatorsverywell,theoutputpowerreaches49.6HZ,THDreaches1.6%,inverterefficiencyreaches93%,theundervoltageprotectionpointreaches8.9V,overvoltagepointreaches16.2V;whenitisovervoltage,theoutputisoff.Keywords:sinewave;SPWM；boost；inverter目录TOC\o"1-5"\h\z摘要 I\o"CurrentDocument"Abstract II\o"CurrentDocument"第一章绪论 1\o"CurrentDocument"课题背景 1\o"CurrentDocument"研究现状及趋势 2\o"CurrentDocument"逆变电源的概述 4电源的特点 4逆变电源的概念 4\o"CurrentDocument"逆变原理 5逆变器的性能指标与分类 5逆变电路的分类 5逆变电路用途 5逆变电路的工作原理 6\o"CurrentDocument"1.5课题研究的内容及完成的工作 6\o"CurrentDocument"1.6本章小结 7\o"CurrentDocument"第二章主电路的设计 8\o"CurrentDocument"系统结构框图 8\o"CurrentDocument"系统主电路方案的选择 8\o"CurrentDocument"逆变器主电路的拓扑选择 9\o"CurrentDocument"电源系统主控制器的选择 10TMS320F28027简介 10TMS320F28027器件特性 11\o"CurrentDocument"本章小结 13\o"CurrentDocument"第三章分析与计算 13\o"CurrentDocument"DC-DC变换电路 13\o"CurrentDocument"DC-AC变换电路 15\o"CurrentDocument"LC滤波电路 16\o"CurrentDocument"采样电路 17\o"CurrentDocument"控制程序设计 18\o"CurrentDocument"本章小结 19\o"CurrentDocument"第四章测试实验 19\o"CurrentDocument"欠压、过压、过流、短路等测试 19\o"CurrentDocument"频率调节测试 21\o"CurrentDocument"本章小结 21\o"CurrentDocument"第五章SPWM调制原理 21\o"CurrentDocument"SPWM的概念 22\o"CurrentDocument"单极性SPWM法 22\o"CurrentDocument"双极性SPWM法 22\o"CurrentDocument"实施SPWM的基本要求 22\o"CurrentDocument"本章小结 23\o"CurrentDocument"第六章总结 23第一章绪论1.1课题背景随着现代社会电子产品的飞速发展，人类生活中几乎每一件事情都要用到电子设备，一切电子设备都要用到电源，依靠电源提供电量。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的晶体管串联调整正弦波逆变电源是连续控制的线性正弦波逆变电源。这种传统正弦波逆变电源技术比较成熟,并且已有大量集成化的线性正弦波逆变电源模块,具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点、但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都不得和很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外,由于调整管上消耗较大的功率,所以需要采用大功率调节器整管并装有体积很大的散热器,很难满足现代电子设备发展的要求。在近半个多世纪的发展过程中，正弦波逆变电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛的应用，正弦波逆变电源技术进入快速发展期。目前市场上正弦波逆变电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用MOSFET的正弦波逆变电源转抽象频率可达几百千赫。为提高开关频率，必须采用高速开关器件。在一定范围内，开关频率的提高不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是正弦波逆变电源的主要发展方向。高可靠性——正弦波逆变电源的使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高的可靠性。所以，要从设计方面着眼，尽可能使较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。正弦波逆变电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的。总之，人们在正弦波逆变电源技术领域里，边研究低损耗回路技术，边开发新型元器件，两者相互促进并推动着正弦波逆变电源以每年过两位数的市场增长率向小型、薄型、高频、低噪声以及高可靠性方向发展。1.2研究现状及趋势现代电力电子技术的迅猛发展，使逆变电源广泛应用于各个领域，同时对逆变电源输出电压波形质量提出了越来越高的要求。逆变电源输出波形质量包括稳态精度高、动态性能好以及负载适应性强。这种结构简单动静态性能优良和负载适应性强的逆变电源，一直是研究者在逆变电源方面追求的目标。逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。逆变电源技术是一门综合性的专业技术，它横跨电力、电子、微处理器及自动控制等多学科领域，是目前电力电子产业和科研的热点之一。逆变电源广泛应用于航空、航海、电力、铁路交通、邮电通信等诸多领域。逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆变电源的发展。逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世纪60年代，到目前为止，它已经历了三个发展阶段。第一代逆变电源是采用晶闸管（SCR）作为逆变器的开关器件，称为可控硅逆变电源。可控硅逆变电源的出现虽然可以取代旋转型变流机组，但由于SCR是一种没有自关断能力的器件，因此必须增加换流电路来强迫关断SCR，但换流电路复杂、噪声大、体积大、效率低等原因却限制了逆变电源的进一步发展。第二代逆变电源是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。自20世纪70年代后期，各种自关断器件相运而生它们包括可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能，逆变器采用自关断器件的好处是：简化了主电路。由于自关断器件不需要换流电路，因而主电路得以简化、成本降低、可靠性提高；提高了性能。由于自关断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而使逆变桥输出电压中低次谐波含量大大降低，因而使输出滤波器的尺寸得以减小，逆变电源的动态特性及对非线性负载的适应性也得以提高。在自关断器件当中，IGBT以其开关频率高、通态压降小、驱动功率小、模块的电压电流等级高等优点已成为中小功率逆变器的首选器件。IGBT逆变电源已成为中小型逆变电源的主流。第二代逆变电源在控制上普遍采用带输出电压有效值或平均值反馈的SPWM控制技术。图1-1是第二代逆变电源典型控制方法示意图，输出电压有效值或平均值反馈控制使逆变电源输出电压幅值稳态无差。图1-1单一的电压有效值反馈控制方法示意图第二代逆变电源所采用的控制方法具有结构简单、容易实现的优点，但由于它所采用的SPWM控制技术只注重如何通过恰当设计开关模式来实现逆变器输出频谱的优化，没有考虑信号传输过程中开关点的变化及负载的影响，所以存在以下缺点：对非线性负载的适应性不强。当逆变电源输出带非线性负载时，负载电流中的低次谐波电流将流过电源的内阻，引起输出电压波形畸变；死区时间的存在将使SPWM波中含有不易滤掉的低次谐波，使输出电压波形发生畸变；动态特性不好。负载突变时输出电压调整时间长。之所以出现这种情况，是因为系统中仅存在电压平均值或有效值反馈，而没有瞬时值反馈；给定电压与输出电压之间的相位差受负载影响较大，在三相电源中，三相输出之间的相差不易满足120°要求。第三代逆变电源采用了实时反馈控制技术，使逆变电源的性能得到提高。实时反馈控制技术是针对第二代逆变电源对非线性负载的适应性不强及动态特性不好的缺点提出来的，它是近十年来发展起来的新型电源控制技术，目前仍在不断地完善和发展之中，实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃。实时反馈控制技术多种多样，主要有以下几种：重复控制谐波补偿控制、无差拍控制、单一的电压瞬时值控制、带电流内环的电压瞬时值反馈控制。其中以第五种控制方法因实现方便，逆变电源动态性能优越和对负载的适应性强等优点而被广泛采用。逆变电源的概述电源的特点常见的电源是干电池（直流电）与家用的110V-220V交流电源。电源自“磁生电”原理，由水力、风力、海潮、水坝水压差、太阳能等可再生能源及烧煤炭、油渣等产生电力来源。根据输入及输出电压形式的不同，包括：交流-交流（AC/AC）变换器：变频器、变压器交流-直流（AC/DC）变换器：整流器直流-交流（DC/AC）变换器：逆变器流-直流（DC/DC）变换器：电压变换器、电流变换器逆变电源的概念逆变电源即是把直流电转换成交流电的方法。逆变电源有两种，一种是有源逆变（交流侧接有电源）；一种是无源逆变（交流侧直接接负载）。逆变器主要分两类，一类是正弦波逆器，另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电，因为它不存在电网中的电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的40%-60%，不能带感性负载。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。针对上述缺点，近年来出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好。总括来说，正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。方波逆变器的制作采用简易的多谐振荡器，其技术属于50年代的水平，将逐渐退出市场。逆变原理逆变器的性能指标与分类有源逆变1）定义：将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去。2）应用：直流电机的可逆调速、绕线型异步电机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方面。无源逆变1）定义：逆变器的交流侧不与电网联接，而是直接接到负载，即将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载2）应用：它在交流电机变频调速、感应加热、不停电电源等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要内容。性能指标1） 谐波系数HF：谐波分量有效值同基波分量有致值之比。2） 总谐波系数：总谐波系数表征了一个实际波形同其基波的接近程度3） 逆变效率4） 单位重量的输出功率:衡量逆变器输出率密度的指标。5） 电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）逆变电路的分类（1）、根据输入直流电源特点分类电压型：输人端并接有大电容，输入直流电源为恒压源，逆变器将直流电压变换成交流电压。电流型：输入端串接有大电感，输入直流电源为恒流源，逆变器将输入的直流电流变换为交流电流输出。（2）、根据电路的结构特点分类半桥式逆变电路；全桥式逆变电路；推换式逆变电路；其他形式：如单管晶体管逆变电路。逆变电路用途逆变器的用途十分广泛：1、可以做成变频变压电源（VVVF），主要用于交流电动机调速。

2、 可以做成恒频恒压电源（CVCF）,其典型代表为不间断电源（UPS）、航空机载电源、机车照明，通信等辅助电源也要用CVCF电源。3、 可以做成感应加热电源，例如中频电源，高频电源等。逆变电路的工作原理1、 主要功能:将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。2、 工作原理：开关Tl、T4闭合，T2、T3断开：u0=Due；开关Tl、T4断开，T2、T3闭合：u0=-Due;当以频率厶交替切换开关Tl、T4和T2、T3时，则在电阻R上获得如图2-1（b）所示的交变电压波形，其周期Ts=1/fS，这样，就将直流电压E变成了交流电压u0。u0含有各次谐波，如果想得到正弦波电压，则可通过滤波器滤波获得Ts图l-2单相桥式逆变电路工作原理图2-1中主电路开关T1-T4，它实际是各种半导体开关器件的一种理想模型。逆变电路中常用的开关器件有快速晶闸管、可关断晶闸管（GTO）、功率晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅晶体管（IGBT）。1.5课题研究的内容及完成的工作本课题主要设计单相正弦波逆变电路设计，其主要内容包括：正弦波逆变电源在工业领域的应用情况，熟悉电压型逆变器的特点及工作原理和控制方式。采用逆变技术的目的是为了获取不同稳定或变化形式的交流正弦波。在目前的逆变技术中主要用于不间断电源系统，交流电动机变频调速，太阳能、风力发电，车载逆变电源，电子镇流器等。对于电压型逆变器：直流侧为电压源，或并联大电容器，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗；由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗无关；当交流侧为阻感性负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。对于本课题采用的是单相全桥逆变电路，把桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180°，对于控制采用的是SPWM控制。设计逆变电源的主电路、驱动电路和控制电路，给出各部分电路的详细设计过程。本设计主电路采用四个IRFS4321成的单相全桥逆变电路，驱动电路采用的是具有独立的低端和高端输入通道，DC-AC变换电路由高性能数字信号处理器TMS320发出SPWM信号，经驱动电路将SPWM脉宽调制信号功率放大来驱动逆变桥臂MOS管。系统采用具有自举技术的集成驱动电路NCP5181,NCP5181应用自举技术来实现同一集成电路可同时输出两个驱动逆变桥中高端和低端的通道信号。正弦波逆变电源输出波形无畸变，且能实现调频和调幅功能。利用LC滤波装置把高频滤掉，留下适合的低频频率。通过调节SPWM中调制波的幅值和载波的频率来调节输出信号的幅值和频率。本次设计的正弦波逆变电源，它是以TMS320芯片为控制核心，由Boost升压电路和全桥逆变电路构成系统主电路，核心是逆变技术，逆变部分采用的事SPWM调节方式，利用闭环反馈调节控制输出电压。完成的工作：主要是要写出完整的电子版论文，进行实验论证，测试数据，进行计算。1.6本章小结本章主要是介绍了研究课题的背景，研究这个课题的意义所在。而且还介绍了目前逆变电源的研究现状，并根据它的现状分析来探讨它的未来发展方向，介绍了逆变电源的概念以及逆变的原理。最后，说明了本次设计所要研究的内容，以及要完成的目标等。第二章主电路的设计系统结构框图系统输入的低压直流通过Boost升压斩波电路升压，再通过全桥逆变电路输出PWM方波，经LC滤波后生成正弦波，其逆变部分采用SPWM调制方式，对输入、输出电流电压采样进行双闭环控制，使其达到设计要求，其结构框图如图2-1所示。图2-1系统结构框图系统主电路方案的选择方案一：先采用高频升压变压器将输入的低压直流电升压，再经过SPWM逆变技术将其逆变成交流电，如图2-2。其优点是效率高、噪声低、输入电压范围很宽。

DC-rC半QrDC-rC半Qr图2-2升压逆变装置原理图方案二：先直接将输入的低压直流电经过逆变装置逆变成交流电，然后再经过升压变压器升至36V的交流电，如图2-3。其优点是逆变环节开关管的损耗较小，电路简单，但电路的效率较低。DC图2-3逆变再升压原理图通过上面两个方案分析对比，为了提高系统的效率和实现设计的可行性，本设计选择方案一。2.3逆变器主电路的拓扑选择方案一：如图2-4，半桥逆变电路使用的器件很少，驱动简单，但输出交流电压的幅值仅为Vd/2，且桥臂输出谐波含量较大，需要高的开关频率和滤波器，一般用于中小功率等级逆变电路。

RR方案二：如图2-5，全桥逆变电路相对复杂，但控制性灵活。此外全桥逆变电路由于桥臂输出电压存在零电压的续流状态，可实现倍频，在较低的开关频率下可实现更好的谐波控制。因此选择全桥逆变电路作为DC-AC变换电路的拓扑结构。RR电源系统主控制器的选择为了实现复杂的控制策略，提高系统的抗干扰能力及其可靠性，使系统具有优良的一致性，方便系统的升级等优点，系统采用全数字控制方式。在数字控制处理器的选择时需要充分的考虑处理器的运算处理能力、处理器字长、A\D采样精度及采样速度、通信接口等诸多方面。综合考虑以上各个方面因素后，系统的数字控制器采用TMS320F28027。TMS320F28027简介TMS320系列DSP是软件可编程器件，具有通用微处理器所具有的的方便灵活的特点。其基本特点有：哈佛结构，流水线操作，专用的硬件乘法器，特殊的DSP指令，快速的指令周期。这些特点使得TMS320系列DSP可以实现快速的DSP运算，并使大部分运算能够在一个指令周期完成。它应用于：信号处理、通信、语音、图形图像、军事、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器等。TMS320F28027器件特性F2802xPiccolo™系列微控制器为C28x™内核供电，此内核与低引脚数量器件中的高集成控制外设相耦合。该系列的代码与以往基于C28x的代码相兼容，并且提供了很高的模拟集成度。一个内部电压稳压器允许单一电源轨运行。对HRPWM模块实施了改进，以提供双边缘控制（调频）。增设了具有内部10位基准的模拟比较器，并可直接对其进行路由以控制PWM输出。ADC可在0V至3.3V固定全标度范围内进行转换操作，并支持公制比例VREFHI/VREFLO基准。ADC接口专门针对低开销/低延迟进行了优化。

类鲫2$Q174&0MHz^封裳类型33'JIIWDA館啪脚PTTSSOP LQFP拒警闿期1B.67HS片牝厲存O6U宇)32KH飙SARAM门弓拉宇〕6K<fJ'l'^N/rfSARAIWOTP烧怖出我引导ROW(flKX16)支持-KfflOflS(OTP)ROM:16i-.r:-IK 「BPWM输出1eCAP^r\0瓷全装Itit时碍支拌MSPS4.6惊也摸数转换超1ADC>转换吋仙216.67nS37 13京持疽棗样醫持支撐3215CHJ左时胖3舟分.引卑ePWMiffliti14(ePWMIAj^A^A^A)带有集就里数模轮换带(DAC)的比牧晋012二内郡集成屯睛H2G}0审齐外鲫口(SPI)1中舒堀也按口(SCI)0TOJIHt共用、数f(QPIQJ2022模盘(AJIQ)e外曲屮断3换电圧(瀚如3.3V图2-6TMS320F28027硬件特性

U4VdJO33ADC-AOADC-AlCMP1A.'ADC-A2ADC-A3CMP2A.'ADC-A430HVDCgVDCgvacJIAC5VcL*\LK_33VddlSVddl&VREGEWU4VdJO33ADC-AOADC-AlCMP1A.'ADC-A2ADC-A3CMP2A.'ADC-A430HVDCgVDCgvacJIAC5VcL*\LK_33VddlSVddl&VREGEWDGNDDGNDADOGndTRKTI2TCKITMSI21AIX.-A6AIX-A7ADGBICMPIB'ADC；!^ADGin£MP沁DC-B4ADC-B6ADGBTGPJO-OOGPIO-OIGP1Q-O1GP1Q-O^GP1O-CMGP1Q-05GP1O-06GP1O07CaPJC-12GP1O-16GPJO-17GPJO-UGPJU-19IK29PWMBLl

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卅swiW4247^'1.7邹I叫TMJEII24芳muniiGP10-2SGP1O-29GP1O-32GP1O-33GPJO-34图2-7TMS320F2802X引脚图本章小结本章对系统的主电路方案、逆变器主电路、电源系统主控制器做出了对比，并对比他们的优缺点，选择性能更高的作为电路设计的部分。此外，还绘制出了系统的结构框图，说明了设计的原理。第三章分析与计算DC-DC变换电路DC-DC变换电路采用Boost升压斩波电路。当开关管VT处于通态时，电

源向电感L充电，充电电流基本恒定为I],同时电容C上的电压向负载充电,电容容量很大，基本保持输出电压为恒值，记为U。设VT处于通态的时间为oTT，此阶段电感上积蓄的能量为EIJ。当V处于断态的时间为tff,则在此on 1on off期间电感释放的能量为(U-E)I]tff。当电路工作与稳态时，一个周期中电感积蓄的能量与释放的能量相等，即EIt=(U-E\t1on01off化简得TU=E0toff上式中的输出电压高于电源电压。上式中的输出电压高于电源电压。图3-1Boost电路储能电感L的设计：L_VD

fAI$其中：Vin—输入电压最小值，D—主开关占空比，厶一开关频率，△—输入电流纹波。系统输出的电压为36V争先交流电，则逆变电路输入电压为 U=36X运=50.9V,考虑系统电路的损耗，设计时取60V,即V0=60V。D—minD—D—minD—max1V]V0丿1V」'V0丿—1-145—0.758360-1-60-0.8333V—12V

in

f—10kHz$效率耳二95%，输入功率为P，输出功率为P=50W。则输入功率为,

in0PinPin=P=52.64WP=—in=4.38AAI=0.2I=0.88Apk因此VDVDL 一一inmin一103pH,L 一一inmax一113pH,min fAI max fAIsspkVin则选取电感L=108“H。本系统采用的是双Boost电路并联交错控制，以提高装置效率，并且可以有效地减小直流输出的纹波系数，电路图如图3-2。3.2DC-AC变换电路DC-AC变换电路由高性能数字信号处理器TMS320发出SPWM信号，经驱动电路将SPWM脉宽调制信号功率放大来驱动逆变桥臂MOS管。该系统采用具有自举技术的集成驱动电路NCP5181,其连接电路如图3-3所示。NCP5181应用自举技术来实现同一集成电路可同时输出两个驱动逆变桥中高端和低端的通道信号，图中q为自举电容，VD3为防止反充的自举二极管。功率管选用导通电阻仅为3.7mQ，开关损耗小的高效MOS管IRFB4110GPbF。当电路中的电流为1.5A时，其逆变桥桥消耗的功率

P=2x12R=2x1.52x3.7x10-3=0.01665W其静态损耗非常低。其逆变主电路图如图3-4所示VccPWM1■VccPWM1■PWM2VccVbootIN-HDV-HIN—LBridgeGNDDV-LGND3.3LC滤波电路GND滤波的目的主要是滤除高频开关频率分量。逆变器的输出为频率为10kHz的SPWM方波，其基波为50Hz，还含有低次、高次谐波，谐波主要集中在10K，20KHz附近，使逆变器输出为标准正弦波就必须设置滤波，我们采用的是LC滤波电路，电路图如图2-4所示。截止频率fc一般介于载波频率的十分之一与基波频率十倍之间，所以fc=10x50~1000Hz，则选择fc为800Hz。LC滤波器输出电压基波的有效值为Uo=36V，频率为50Hz。 °电流有效值为，

5050=1.38A36'WU2 ®3U2b+■o=5.07mH,①2①■o=5.07mHL LW12oC=丄=7.9|1FW2LLC=1=7.9pFW2L

L实际电感取6mH即可，电容C取10“F3.4采样电路保护电路是交直流电源的重要组成部分，该电源系统主要有输入欠压和过压保护、输出短路及输出过流保护组成。其原理是通过采样电路采样，经运算衰减后送入TMS320芯片处理后控制相关的电路中MOS管的通断，从而达到对电路的保护。系统输入电压经电阻R1、R2分压，通过电压跟随器输入TMS320的AD通道，其二极管钳位电路将电压限制在0〜3.3V之间，保证TMS320安全工作。其输入电压采样电路如图3-5所示。+5V+5V+3.3VACIS1IP+VCCIP+VoutIP-FilterIP-GNDGND-hRd^-igOkr100k¥R2C当^GND—C^flOOgACS712-100mV/AtACIS2丁卍GND-r+5V+5V+3.3VACIS1IP+VCCIP+VoutIP-FilterIP-GNDGND-hRd^-igOkr100k¥R2C当^GND—C^flOOgACS712-100mV/AtACIS2丁卍GND-rRp_11_3.3k2.4kR5GNDMCP6022GND3^_97^MCP6022un-MCP6O2R_41_rnni——1.2k2C「二1O0nGNDVD1 ACDNPVD2RAR43S图3-6输出电流采样电路图3-7输出电压采样电路3.5控制程序设计软件只要负责欠压、过压保护、过流保护、短路保护和故障的自恢复以及频率的调节等功能。其程序流程图如图3-8所示。

图3-8程序流程图本章小结本章主要是系统的电路进行了分析，电路是由DC-DC变换电路、DC-AC变换电路、LC滤波电路、采样电路等组成的，并对他们进行数据分析与计算，得出理论上的实验数据，对于电容、电感、电阻，输入电压，开关频率等选取进行分析。最后，还对系统控制程序设计做出了流程图。第四章测试实验欠压、过压、过流、短路等测试输入欠压、过压测试：调节输入电压U『当电压表1显示电压低于9.13V时，蜂鸣报警，电路停止工作。当电压表1显示电压高于15.9V时，蜂鸣报警，电路停止工作。输出过电流保护测试：调节负载，当电流表2显示电流高于1.610A时，主电路停止工作，蜂鸣报警。

短路保护和自恢复功能测试：将输出短路，电路进入保护，蜂鸣器长响报警，移去短路线后报警消失，电路恢复正常工作。通过示波器电压波形分析可知THD<1.6%，其波形如图4-1。图4-1图4-1输出50Hz频率波形输出电压频率测试：将输入直流电压从10V逐渐增大至14.5V，并相应调节负载控制输出功率为50W,分别测取输入输出端电压、电流，记录数据,填入表2。表2测试的数据U（V）iI(A)iU(V)oI(A)oI(A)o110.15.4135.91.411.41211.94.5436.11.391.39313.04.1936.31.381.38414.53.6936.21.381.38P UI根据公式耳=—x100%= x100%计算出相应效率，并填入表3。P UIo00表3计算的数据P(W)iP(W)o耳（%）i54.7P(W)iP(W)o耳（%）i54.750.692.554.050.292.954.653.650.149.991.893.1由表3可知系统的效率为耳=92.6%达到了设计要求。频率调节测试频率调节测试：调节编码盘编码，当编码为00110010时，输出电压频率为49.95Hz，相对偏移0.1%，达到了设计要求。详见表1。表1频率调节测试数据编码0010100输出频率

(Hz)20.00编码0110010输出频率(Hz)编码0010100输出频率

(Hz)20.00编码0110010输出频率(Hz)49.95编码1010101输出频率

(Hz)

85.040011110010100030.0239.