单相正弦波逆变电源

摘要：本系统实现输入直流电压15V，输出交流电压有效值10V，额定功率10W，交流电压频率在20至100Hz可步进调整。以MSP430单片机为控制核心，产生SPWM波控制全桥电路，然后经过LC滤波电路得到失真度小于0.5%的正弦波。采用PID算法反馈控制使输出交流电压负载调整率低于1%，采用开关电源作为辅助电源、合理选用MOSFET等使系统效率达到90%，采用输入电流前馈法来估计输出电流以实现过流保护以及自恢复功能。

引言

本次竞赛为全封闭式，不准利用网上资源，要求参赛队在两天时间内完成题目规定的任务，本题要求实现单项正弦波逆变电源，输入直流15V，输出交流电压有效值10V，功率10W，且频率20至100Hz步进可调，要求波形无明显失真，负载调整率小于1%，效率尽可能高，系统要具备过流保护以及自恢复功能。由于输出功率较小，为了提高系统的效率，我们采用TI提供的MSP430系列超低功耗微控制器来产生SPWM波，配合TI超低导通电阻和快速导通MOSFET，在MOSFET的驱动上使用TI开发的高驱动能力半桥驱动芯片UCC27211。系统简洁明了，以最简单的方法实现了所有的功能，且利用矩阵按键和LCD显示设备为用户提供了良好的交互界面。以下将集中讲述系统的大体框架和具体的实现方法。

1 系统方案

设Ud为直流输入电压，Uo为输出电压。输出电压Uo的展开傅里叶级数为考虑到系统效率，不需要进行boost升压，可以直接逆变。故本系统结构图如图1所示。SPWM信号控制硬件全桥电路，然后经过LC滤波电路可以得到正弦波。以MSP430单片机为核心的数字控制系统需要采样电流量、控制硬件电路系统以及形成良好的人际交互界面。

1.1 硬件电路设计

全桥逆变和LC滤波电路如图2所示。L_PWM和H_PWM由43O单片机产生经过6N137隔离进入MOS驱动芯片UCC27211驱动全桥，后级LC滤波器的截止频率为可以滤除载波频率。考虑到MOS管需要相对较小的导通电阻R_DS(on)和较小上升时间和下降时间的，本系统选用CSD19506。本系统需要驱动全桥，为了提高MOSFET的导通速度，降低开关损耗，因而选用TI提供的高速半桥驱动芯片UCC27211。图2是全桥部分电路图。

1.2 系统软件设计

软件结构框图如图1，主程序框图如图3。程序执行的流程如下所述：单片机上电之后，系统进行按键、片上ADC12和LCD显示屏初始化，程序查询按键，若有相应按键按下，修改正弦波频率，然后AD采样电流判断是否过流;否则返回继续查询按键。如果输出过流，程序将关闭SPWM输出，延时自恢复;否则返回按键查询。

关键词： 正弦波 MSP430 单片机 SPWM MOSFET 201412