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        一種連續(xù)可調(diào)正弦波逆變電源研究

        2015-03-05 02:34:53西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院張建軍
        電子世界 2015年17期
        關(guān)鍵詞:正弦波

        西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院 馬 昭 張建軍 趙 雷

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        一種連續(xù)可調(diào)正弦波逆變電源研究

        西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院 馬 昭 張建軍 趙 雷

        【摘要】本文針對逆變電源體積、重量和設(shè)計成本等多方面的不足,設(shè)計了一款高效率的100VAC-400VAC連續(xù)可調(diào)正弦波逆變電源,系統(tǒng)采用STM32系列高速處理器,運用SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)。試驗及分析結(jié)果表明,系統(tǒng)設(shè)計高效可靠。

        【關(guān)鍵詞】正弦波;逆變電源;SPWM

        引言

        傳統(tǒng)的逆變電源主要采用前級逆變輸出,后級通過工頻變壓器進行隔離升壓輸出,這種方式特別是在大功率輸出時由于具有龐大的工頻變壓器,增加了設(shè)備體積、重量和設(shè)計成本,并且效率比較低。本文采用前級升壓和后級逆變兩個功率變換環(huán)節(jié),大大減小了系統(tǒng)體積和重量,而且具有較高的轉(zhuǎn)換效率。

        1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。220V交流電壓輸入,經(jīng)過全橋不可控整流,再通過高頻變壓器推挽升壓將電壓升到650V左右,再將脈沖方波整流為直流,最后采用SPWM[1]調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生單相正弦波。STM32完成輸入電壓采樣,輸出電壓電流采樣,系統(tǒng)具有欠壓、過壓、短路保護功能。

        圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        2 硬件電路設(shè)計

        2.1 推挽升壓電路設(shè)計

        前級推挽電路[2]采用EE42臥式變壓器,MOSFET采用東芝2SK3878,變壓器具有RCD吸收電路,降低變壓器漏感產(chǎn)生尖峰,保護功率MOSFET不至損壞。另外,從直流電壓經(jīng)過電阻分壓取樣,通過光耦TLP521隔離將信號送給STM32微控制器的AD輸入引腳,當(dāng)輸入電壓過壓或者欠壓時,STM32微控制器禁止輸出PWM信號,從而保護系統(tǒng)。

        2.2 逆變電路設(shè)計

        逆變電路應(yīng)用全橋逆變[3],采用SPWM單極性調(diào)制方式,MOSFET也選用2SK3878,直流母線側(cè)并聯(lián)高壓電容0.1uF/1000V,用于濾除開關(guān)管產(chǎn)生的高頻干擾。

        2.3 濾波電路設(shè)計

        濾波采用LC濾波,由于測試電壓要求產(chǎn)生50HZ工頻正弦波,為保證輸出電壓波形失真小,SPWM載波頻率為20KHZ,選用截止頻率5KHZ,最終確定LC濾波器參數(shù)L=2mH,C=5uF。

        3 軟件設(shè)計

        系統(tǒng)微控制器選用意法半導(dǎo)體STM32系列STM32F103ZET6高速處理器,具有72MHZ工作頻率,12位高精度AD片內(nèi)外設(shè),可滿足系統(tǒng)精度要求。

        軟件設(shè)計主要包括初始化程序,軟啟動程序、輸入電壓采樣、輸出電壓電流采樣、前級推挽PWM信號、后級逆變SPWM信號、PI調(diào)節(jié)子程序、觸摸屏顯示程序。微控制器上電后先執(zhí)行初始化程序,再執(zhí)行軟啟動程序,檢測輸入電壓是否在180VAC-250VAC之間,沒有短路情況下,在觸摸屏設(shè)置輸出正弦波有效值,隨后產(chǎn)生前級PWM信號和后級SPWM信號,當(dāng)有異常發(fā)生時,微控制器禁止所有PWM輸出。

        4 實驗結(jié)果及分析

        正弦波輸出波形如圖2所示。

        在圖2中,(a)圖為正弦波逆變輸出205VAC、50HZ交流;(b)圖為正弦波逆變輸出257VAC、50HZ交流。圖中可見,輸出波形良好。

        圖2 正弦波輸出波形

        5 總結(jié)

        文中對連續(xù)可調(diào)逆變電源方案進行了介紹,系統(tǒng)采用高速STM32微控制器實現(xiàn)了SPWM逆變輸出,實驗驗證了設(shè)計方案可行,波形效果較好。

        參考文獻

        [1]劉成.基于PIC單片機的車載SPWM逆變電源設(shè)計[D].武漢:武漢理工大學(xué),2012.

        [2]王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.

        [3]陳堅.電力電子學(xué)-電力電子變換和控制技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2010.

        馬昭(1990—),通信作者,男,碩士,主要研究方向:電力電子裝置,并網(wǎng)逆變技術(shù)研究。

        張建軍(1957—),男,博士,副教授,主要研究方向:電力電子與電力傳動。

        作者簡介:

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