很多朋友都在谈论逆变电源的事情,包括一些前辈用纯硬件做出了纯正弦波的逆变电源,前期也看到过很多大佬用单片机设计过逆变电源,这个项目我也打算用单片机实现逆变电源,如果大家支持的力度大后续完全开源。没有办法,这年头不搞点硬货没有人愿意看帖,呵呵,玩笑了。
以下是个人前期的设计思路:
设计目标:
300W左右 整机主要器件:单片机、MOS管、高频变压器等;
设计原理:
采用单片机输出2路(有死区时间)高频PWM波形驱动MOS管把低压12V直流电压转换为高压直流稳压源,后级采用单片机输出(有死区时间)SPWM波形驱动H桥,用LC电路滤波后输出正弦波。加入按键控制、串口控制、输出电压电流显示,前级电压显示,输入电压欠压保护、过压保护,显示带简易界面,逆变电源能够通过串口实现开关机,方便后续实现远程控制。后续还打算加入上位机显示,以及上位机控制。
设计难易分析如下
死区问题:
逆变电源前级升压部分为推挽结构,如果2个MOS管同时导通会出现问题;SPWM的高压H桥部分也是如此,H桥的上管和下管同时导通也都会炸机或是产生大的开关损耗,再设计这两个地方的时候就必须要考虑死区时间,避免同时导通。
对于单片机来说产生边沿对齐的PWM比较容易,但是要产生具有死区时间的PWM波形就相对有难度了。并且要求是时时控制,PWM波形不能出现误动作,要不然就有炸机的可能性。
程序问题:
程序必须具有实时性,程序中尽量少用延时程序,特别是程序再工作的时候必须要有足够的实时性,以保证程序的稳定。
SPWM逆变器结构 逆变电源的拓扑结构有多种形式,下图所示是SPWM逆变电源的基本结构,它主要由变压器中心抽头推挽式升压电路、逆变电路、滤波电路、驱动电路和控制电路组成。控制电路主要包括MCU控制器、升压控制、电压检测和电流A/D检测所示等电路组成。SPWM逆变电源工作原理 本逆变器电源的前级采用STC15W4K单片机来交替输出两路PWM信号以控制开关管,然后经过高频变压器升压整流和LC滤波后产生400 V电压。再通过STC15W4K单片机编程产生等效正弦波的矩形脉冲波来控制逆变桥开关管的导通和关断。从而使其工作在SPWM控制方式。下图所示是其逆变电路的电原理图。下图中的左桥臂工作在高频调制方式,即Q1和Q3按照SPWM开通:右桥臂工作在高频调制方式,即Q2和Q4按照SPWM开通,最后经过滤波得到正弦波。 SPWM正弦波脉宽调制方法 SPWM正弦脉宽调制法是采用调制波为正弦波、载波为三角波的一种脉宽调制方法,可广泛应用于逆变器电源上。SPWM的输出波形控制算法有面积等效法、自然采样法、对称规则采样法、不对称规则采样法等,本帖将采用脉宽调制波的面积等效法来实现SPWM控制。下图所示是其SPWM波形图,该方法将半个周期的正弦波波形分成N等分,从而把该正弦波看成是由N个彼此相连的脉冲所组成,这些脉冲宽度相等(都等于π/N),幅值不等,且脉冲顶部不是水平直线,而是曲线,各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果能把这种脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替,并使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合。且使矩形脉冲和相应的正弦部分的面积脉冲量相等,那么,就可以得到相应的脉冲序列。这样,再使各脉冲的宽度按正弦规律变化,同时使矩形波与正弦波等效,就可以实现SPWM正弦脉宽调制。
由于脉冲宽度是按照正弦波的规律变化,故可把这些脉冲宽度DK的值编制成数值表,再用单片机通过查表输出脉冲序列。