一种高性能逆变电源的实现过程与分析

一种高性能逆变电源的实现过程与分析

控制系统　             　

       控制系统是按照给定信号的要求，控制并调节主电路开关管的开通与关断，从而控制主电路产生期望的输出电压，并使输出电压尽可能地跟随给定的电压信号。图1给出了逆变电源的硬件电路基本框图。触发脉冲的产生采用数字电路的方法，完全可以用控制器的软件程序来实现其功能，节约了成本，而且相比较于模拟电路，这种方法的抗干扰能力较强。　　　  

       逆变电路控制系统以AVR单片机为核心，其功能主要是产生全桥逆变电路中开关管的驱动信号，同时通过实时采样线路电压和电流来实现逆变电源的调节和保护。对于直流母线侧的输入电压信号，采用霍尔传感器变压后，电压信号经过由运算放大器组成的射级跟随器，送到窗口比较器，窗口的上下两阈值分别对应过电压和欠电压限值，如果在窗口范围内则电压正常，否则输出过电压或欠电压故障信号;对于直流母线侧的电流信号，采用采样电阻对其进行测量，采样电阻两端电压送运算放大器放大和抗干扰滤波处理后，与设定的过电流阈值比较，实现逆变器的输出或内部电路过电流的报警和处理。以上两种保护信号经过逻辑与处理，送到单片机的外部中断请求输入引脚，无论何种情况引起的故障信号，均可以向单片机提出中断请求，单片机响应中断，通过封锁所有开关管的驱动信号来实现保护，同时给出故障指示。　                　

       控制器采用8位AVR单片机。8位AVR MCU具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力;超功能精简指令集(RISC)，具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象;快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率;作输出时与PIC的 HI/LOW相同，可输出40mA(单一输出)，作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10~20mA灌电流的能力;片内集成多种频率的 RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠;片上资源丰富。将逆变器的期望输出频率给定值以编码的方式输入控制器，CPU根据读入的频率代码确定应选择的消谐PWM控制数据，并通过内部定时控制，按此规定的PWM数据，从CPU的I/O端口输出逆变桥开关管的驱动信号，控制开关器件的导通和关断，实现消谐控制。　          　

系统软件　            　

       逆变电源的控制软件由主程序、定时器中断服务程序、外部中断服务程序三个部分组成。主程序用来初始化单片机的工作方式，从I/O口读入逆变电源期望输出频率给定值的编码，当给定输出频率发生变化时，其编码值会随之变化，此时修改频率变化标志，并在定时器中断服务程序按新的消谐PWM开关切换数据进行定时控制，实现驱动信号的切换。定时器中断服务程序主要完成对开关切换数据的定时控制，输出相应的开关管驱动信号，实现消谐PWM控制。外部中断服务程序主要实现逆变电源的故障保护功能，当故障中断请求发生时，单片机及时响应中断，在确认有故障发生时，封锁驱动信号，并输出故障代码。　               　

结语　            　

       本设计较为详细、全面地分析了逆变电源的单片机实现过程，在详细分析了消谐PWM控制的基本原理的同时，给出了三相逆变电源主电路的结构图，同时给出了基于单片机的逆变电源硬件控制电路。