单相正弦波变频电源设计

方案二：采用高速处理器 DSP 直接生成 SPWM 信号，其硬件结构极其简单， 所有算法均由对 DSP 编程，得以实现。但由于我们对 DSP 处理器了解较少，在较 短的时间内无法掌握，应用起来较为困难。
方案三：以单片机为控制核心，用顺序查表的方法将整个正弦波波形数据 顺序的经 DA 输出。此方案硬件稍微复杂，但其编程易于实现，且我们本身对 430 单片机有一定的认识，易于上手，经 DA 输出即可得到频率可控，且精度较高的 正弦信号。
考虑所生成信号的频率较低（20--100Hz），由于单片机+DA 生成波形的方案 易于实现，所以决定采用方案三，生成 SPWM 信号。
2、驱动电路的选择 方案一 采用集成半桥驱动芯片 集成半桥驱动芯片采用自举电容对高边 MOS 管进行驱动，如 IR 公司的
IR2110，采用该方案只需在芯片外围接少量元件就能完成一个半桥的驱动，简化 电路，便于调试，工作可靠性高。缺点是成本较高。
桥式电路，这种电路的优点有，所选用的功率管的耐压比推挽式降低一半，功率 管的存储时间对电路工作影响不大，变压器不需要中心抽头。易于实现 SPWM 波
的控制。
（3）保护电路设计 过流保护电流如图所示，Switch 端接单片机，继电器触点串接于主电路中，
当单片机检测到主电路电流大于 2A 时，输出高电平使三极管导通，断开继电器 常闭触点，切断主电路，起到保护作用，提高系统的安全性。
可使测量仪表和保护装置标准化，使二次设备结构轻巧，价格便宜； 使二次回 路不受一次回路限制，接线灵活，维护、调试方便；使二次与一次高压部分隔离， 且二次可设接地点，确保二次设备和人身安全。因此，我们采用这种方案 。
4、输入输出方案 由于本题目对输入要求较低，只要求输出目标频率的正弦波，我们采取了
键盘输入，输入值准确，实现方便。 在输出方面有 2 种方案可供选择： （1）采用 LED 显示。显然，这只能显示非常有限的符号和数码字。对了本
程序流程图如下：
四、系统测试
1、固定负载和频率时系统设定电压与实际电压比较
固定负载：
固定频率：
设定值
实际值
2、在设定的电压频率下不同负载下的电压值
电压：
频率：
电流
电压
3、固定电压和负载时设定频率和输出频率
固定负载：
固定电压：
设定频率
实际频率
4、结果分析 基本达到要求，输出频率范围能达到 20Hz-100Hz，频率可调，输出电压稳定.
四版） 2．沈建华、杨艳琴、翟晓曙．MSP430 系列 16 位超低功耗单片机原理与应
用．清华大学出版社，2004．（第一版） 3．沈显庆，常国祥．基于 CPLD 的单相逆变电源设计．电力电子技术．2009．1
方案二 采用分立元件驱动 分立元件对高边 MOS 管的驱动也采用自举电路，但由于采用分立元件，增 加系统复杂度，不便于调试，并且工作可靠性不高。优点是成本较低。 方案三 采用隔离电源驱动 采用隔离电源对高端 MOS 管进行驱动，由于采用了隔离电源，高边驱动和 低边驱动原理相似，驱动电路简洁，且能在一定程度上提高系统抗干扰性能。但 是采用了隔离电源，使系统在整体上仍然复杂，且成本也会相应提高。 综上所述：我们选择方案一。
3、软件设计 本系统软件主程序采用结构化程序设计方法，功能模块各自独立。主程序框
图如图：
SPWM 波调制原理： SPWM 技术所用到的一个重要理论就是冲量相等而形状不同的窄脉冲加在
具有惯性的环节上时，其效果基本相同。如图 1.2（a）、1.2（b）所示，是以正 弦波作为调制波，以等腰三角波作为载波的 SPWM 调制技术的原理示意图。图 1.2（a）为单极性调制，图 1.2（b）为双极性调制。
3、电压电流的测量：
方案一：直接测量线电压，将电流串电阻测量电压，然后通过 AD 转换器测
出电压值，从而可以计算出电压值。 方案二：采用电压、电流互感电路，将一次侧的大电压大电流转换为二次侧
较小的电压电流来测量，然后通过 AD 转换器测出电压值，然后计算出相电压值。 两种方案相比较，第二种法案将一次回路的高电压、转为二次回路的低电压，
直接查找正弦波波形数据，经 DA 转换后，生成频率可控、精度较高的正弦波。 输出 SPWM 信号。
功率驱动模块由功率驱动芯片 IR2110 将 SPWM 信号首先进行初级功率放 大，以驱动后面的桥臂，桥臂由 4 片 N 沟道的 VMOS 管组成，由桥臂输出与设定 频率相同的脉冲信号经变压器耦合到负载两端，得到变频后的交流电。
一、方案论证 1、SPWM 信号的产生 方案一：传统的 PWM 用两个运算放大器来产生锯齿波形，用一个电位器来
产生直流基准电压，再用一个比较器来产生 PWM 输出信号。这类设计的优点是切 实可行而又成本低廉。遗憾的是，如不改变元件值就无法方便地对频率进行编程, 而且频率微调也非常困难。这种方法的另一个问题是难以精确控制占空比。你可 以使用数字式电位器来替代机械式电位器，但这样做会加大成本。
单相变频电源设计
摘要: 该变频电源以 TI 公司的 MSP430F149 为主控核心，内部调制生成 SPWM
信号，驱动全桥逆变电路，将直流电压转换成为交流电压，其幅值和频率可以通 过 MSP430 内部软件编写来进行调节。本系统外接点阵液晶以及键盘，可以实时 显示输出电压，电流，功率和交流电压频率，并且可以通过键盘设定电源输出电 压的有效值和频率。另外本电源具有过流保护功能，可在输出电流过大时切断交 流输入端，提高系统的安全性和可靠性。
2、硬件电路设计 （1）、MSP430 主控电路设计
本系统通过键盘可调节输出 SPWM 波的频率，实现 SPWM 波形的频率步进，由 于波形由单片机产生，所以频率精度比较高。单片机实现 SPWM 波形的软件设计 见系统软件部分。
（2）、驱动以及整流逆变电路设计 功放电路采用 MOSFET 管,驱动器采用专用驱动模块 IR2110。 功放电路采用
设计要求显示的功能是不适应的。 （2）采用字符式 LCD 显示，这可以用英文显示较为清晰的提示和数字，基
本可以满足显示要求。 经分析，我们采用了方案 2。
二、系统设计 1、总体方案设计 本系统共由两部分组成M 信号生成模块由单片机、DA 转换器组成。以单片机为控制核心，采用
五、总结改进与展望 由于单片机的运算速度的限制，导致了对频率的控制比较困难。而如果由
DSP 芯片来产生 SPWM 波形，而单片机接受用户输入，控制 DSP，控制显示器件， 则可以极大的提高系统性能，使频率控制更准确，并可方便用户操作和使用。
六、参考资料 1．康华光．电子技术基础模拟部分．武汉：华中理工大学出版社，2002．（第
图 1.2 SPWM 调制原理 调制后生成幅值固定，宽度可变的脉冲信号，用这个脉宽信号驱动功率开关管， 控制开关管的关断和导通时间，通过滤波滤掉开关频率，在负载上就得到频率与 调制波频率相同的正弦电压。改变调制波的频率就可以改变输出电压的频率，改 变载波的幅值就能调制脉宽，即增大输出正弦波电压的幅值