基于單片機與SPWM控制的應急電源逆變電路設計

摘要：逆變器是應急電源的重要組成部分。為了實現(xiàn)應急電源中逆變器輸出交流電壓的適時調節(jié)，減小輸出電壓諧波達到逆變電路數(shù)字化控制目的，三相逆變電路采用了正弦脈寬調制(SPWM)控制方法，以C8051F020單片機和SA4828為核心，完成對SPWM波的產生及系統(tǒng)的控制。利用單片機特有的端口連接完成外圍控制功能，這樣就減少了應急電源對波形產生的處理時間，保證波形具有較高精度，而且電路硬件連接簡單。
關鍵詞：應急電源；逆變控制器；C8051F020；SPWM

0 引言
隨著社會發(fā)展，越是信息化、現(xiàn)代化，就越依賴于電力，突然斷電會給人們正常的生活秩序和學習帶來影響，尤其對于生產、生活中特別重要的負荷，一旦中斷供電，將會造成重大的經濟損失。應急電源產品已成為很多重要場所必不可少的重要設備，也是能夠最有效地解決停電事故和電力質量不穩(wěn)定等問題的有效途徑，而逆變電路是應急電源的重要組成部分。逆變電路在應急電源中的作用是當市電斷電或發(fā)生異常時，將蓄電池提供的直流電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟娸敵?，以保證重要負荷或設備的正常運行。目前，逆變電源大多采用正弦波脈寬調制(SPWM)技術，其控制電路大多采用模擬方法實現(xiàn)。模擬控制技術雖然已經非常成熟，但存在很多缺點如：控制電路的元器件多，電路復雜，體積較大，靈活性不夠等。本文設計了一種全數(shù)字化的三相PWM逆變電源，利用專用SPWM波形發(fā)生器與單片機連接產生逆變驅動信號SPWM波，設計中選用了單片機C8051F020控制和MITEL公司的SA4828芯片作為波形發(fā)生器。

1 逆變電路的結構與工作原理
圖1是逆變電路的構成。由蓄電池提供的直流電通過三相逆變電路變?yōu)榻涣麟?，其基波頻率是逆變電源的輸出頻率，該交流信號經過輸出變壓器隔離，再由低通濾波器濾去諧波，獲得負載所需的三相正弦交流電。

在逆變電路中，逆變器及其控制是逆變電路的核心。逆變器的控制采用SPWM控制方式，本文利用SPWM波發(fā)生器和單片機實現(xiàn)對逆變器及輸出電壓的控制。由控制器產生的SPWM波控制開關器件的通斷，從而控制輸出電壓及其波形，并使輸出電壓穩(wěn)定。

2 三相逆變器主電路設計
三相逆變器主電路如圖2所示，是由三相逆變橋、變壓器、濾波器組成。

逆變器開關器件采用6單元IPM智能功率模塊。LCR低通濾波器中電感L的作用是抑制高次諧波通過；電容C為逆變器產生的高次諧波提供旁路；電阻R起阻尼作用，防止或抑制諧波的產生。在市電工作中斷或者不正常時，蓄電池電壓被加到直流總線上，通過由智能功率模塊組成的逆變器，然后通過由LCR組成的濾波器和三相功率變壓器，形成相電壓為220 V的三相正弦交流電給負載供電。三相逆變器的開關器件采用日本富士公司型號為PM100CVA60六單元IPM智能功率模塊，其耐壓可達600 V，集電極最大允許電流100 A，安全工作區(qū)較寬，驅動功率小、開關頻率高、飽和壓降低。另外該模塊還具有帶過流控制、濾波器體積小、噪聲低、易散熱、可靠性高等特點。模塊的驅動信號為正弦脈寬調制(SPWM)信號。