一種高性能逆變電源的實(shí)現

　　控制系統

　　控制系統是按照給定信號的要求，控制并調節主電路開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷，從而控制主電路產(chǎn)生期望的輸出電壓，并使輸出電壓盡可能地跟隨給定的電壓信號。圖1給出了逆變電源的硬件電路基本框圖。觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生采用數字電路的方法，完全可以用控制器的軟件程序來(lái)實(shí)現其功能，節約了成本，而且相比較于模擬電路，這種方法的抗干擾能力較強。

　　逆變電路控制系統以AVR單片機為核心，其功能主要是產(chǎn)生全橋逆變電路中開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)信號，同時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)采樣線(xiàn)路電壓和電流來(lái)實(shí)現逆變電源的調節和保護。對于直流母線(xiàn)側的輸入電壓信號，采用霍爾傳感器變壓后，電壓信號經(jīng)過(guò)由運算放大器組成的射級跟隨器，送到窗口比較器，窗口的上下兩閾值分別對應過(guò)電壓和欠電壓限值，如果在窗口范圍內則電壓正常，否則輸出過(guò)電壓或欠電壓故障信號;對于直流母線(xiàn)側的電流信號，采用采樣電阻對其進(jìn)行測量，采樣電阻兩端電壓送運算放大器放大和抗干擾濾波處理后，與設定的過(guò)電流閾值比較，實(shí)現逆變器的輸出或內部電路過(guò)電流的報警和處理。以上兩種保護信號經(jīng)過(guò)邏輯與處理，送到單片機的外部中斷請求輸入引腳，無(wú)論何種情況引起的故障信號，均可以向單片機提出中斷請求，單片機響應中斷，通過(guò)封鎖所有開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)信號來(lái)實(shí)現保護，同時(shí)給出故障指示。

　　控制器采用8位AVR單片機。8位AVR MCU具備1MIPS/ MHz的高速運行處理能力;超功能精簡(jiǎn)指令集(RISC)，具有32個(gè)通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用單一ACC進(jìn)行處理造成的瓶頸現象;快速的存取寄存器組、單周期指令系統，大大優(yōu)化了目標代碼的大小、執行效率;作輸出時(shí)與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA(單一輸出)，作輸入時(shí)可設置為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10~20mA灌電流的能力;片內集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動(dòng)復位、看門(mén)狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，外圍電路更加簡(jiǎn)單，系統更加穩定可靠;片上資源豐富。將逆變器的期望輸出頻率給定值以編碼的方式輸入控制器，CPU根據讀入的頻率代碼確定應選擇的消諧PWM控制數據，并通過(guò)內部定時(shí)控制，按此規定的PWM數據，從CPU的I/O端口輸出逆變橋開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)信號，控制開(kāi)關(guān)器件的導通和關(guān)斷，實(shí)現消諧控制。

　　系統軟件

　　逆變電源的控制軟件由主程序、定時(shí)器中斷服務(wù)程序、外部中斷服務(wù)程序三個(gè)部分組成。主程序用來(lái)初始化單片機的工作方式，從I/O口讀入逆變電源期望輸出頻率給定值的編碼，當給定輸出頻率發(fā)生變化時(shí)，其編碼值會(huì )隨之變化，此時(shí)修改頻率變化標志，并在定時(shí)器中斷服務(wù)程序按新的消諧PWM開(kāi)關(guān)切換數據進(jìn)行定時(shí)控制，實(shí)現驅動(dòng)信號的切換。定時(shí)器中斷服務(wù)程序主要完成對開(kāi)關(guān)切換數據的定時(shí)控制，輸出相應的開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)信號，實(shí)現消諧PWM控制。外部中斷服務(wù)程序主要實(shí)現逆變電源的故障保護功能，當故障中斷請求發(fā)生時(shí)，單片機及時(shí)響應中斷，在確認有故障發(fā)生時(shí)，封鎖驅動(dòng)信號，并輸出故障代碼。

　　結語(yǔ)

　　本設計較為詳細、全面地分析了逆變電源的單片機實(shí)現過(guò)程，在詳細分析了消諧PWM控制的基本原理的同時(shí)，給出了三相逆變電源主電路的結構圖，同時(shí)給出了基于單片機的逆變電源硬件控制電路。