單相正弦波逆變電源

　　摘要：本系統實(shí)現輸入直流電壓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)調整。以MSP430單片機為控制核心，產(chǎn)生SPWM波控制全橋電路，然后經(jīng)過(guò)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載調整率低于1%，采用開(kāi)關(guān)電源作為輔助電源、合理選用MOSFET等使系統效率達到90%，采用輸入電流前饋法來(lái)估計輸出電流以實(shí)現過(guò)流保護以及自恢復功能。

　　引言

　　本次競賽為全封閉式，不準利用網(wǎng)上資源，要求參賽隊在兩天時(shí)間內完成題目規定的任務(wù)，本題要求實(shí)現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，要求波形無(wú)明顯失真，負載調整率小于1%，效率盡可能高，系統要具備過(guò)流保護以及自恢復功能。由于輸出功率較小，為了提高系統的效率，我們采用TI提供的MSP430系列超低功耗微控制器來(lái)產(chǎn)生SPWM波，配合TI超低導通電阻和快速導通MOSFET，在MOSFET的驅動(dòng)上使用TI開(kāi)發(fā)的高驅動(dòng)能力半橋驅動(dòng)芯片UCC27211。系統簡(jiǎn)潔明了，以最簡(jiǎn)單的方法實(shí)現了所有的功能，且利用矩陣按鍵和LCD顯示設備為用戶(hù)提供了良好的交互界面。以下將集中講述系統的大體框架和具體的實(shí)現方法。

　　1 系統方案

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

　　1.1 硬件電路設計

　　全橋逆變和LC濾波電路如圖2所示。L_PWM和H_PWM由43O單片機產(chǎn)生經(jīng)過(guò)6N137隔離進(jìn)入MOS驅動(dòng)芯片UCC27211驅動(dòng)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通電阻R_DS(on)和較小上升時(shí)間和下降時(shí)間的，本系統選用CSD19506。本系統需要驅動(dòng)全橋，為了提高M(jìn)OSFET的導通速度，降低開(kāi)關(guān)損耗，因而選用TI提供的高速半橋驅動(dòng)芯片UCC27211。圖2是全橋部分電路圖。

　　1.2 系統軟件設計

　　軟件結構框圖如圖1，主程序框圖如圖3。程序執行的流程如下所述：?jiǎn)纹瑱C上電之后，系統進(jìn)行按鍵、片上ADC12和LCD顯示屏初始化，程序查詢(xún)按鍵，若有相應按鍵按下，修改正弦波頻率，然后AD采樣電流判斷是否過(guò)流;否則返回繼續查詢(xún)按鍵。如果輸出過(guò)流，程序將關(guān)閉SPWM輸出，延時(shí)自恢復;否則返回按鍵查詢(xún)。