本文提出一種高性能全數(shù)字式正弦波逆變電源的設(shè)計(jì)方案。該方案分為前后兩級(jí)，前級(jí)采用推挽升壓電路將輸入的直流電升壓到350V左右的母線(xiàn)電壓，后級(jí)采用全橋逆變電路，逆變橋輸出經(jīng)濾波器濾波后，用隔離變壓器進(jìn)行電壓采樣，電流互感器進(jìn)行電流采樣，以形成反饋環(huán)節(jié)，增加電源輸出的穩(wěn)定性。升壓級(jí)PWM驅(qū)動(dòng)及逆變級(jí)SPWM驅(qū)動(dòng)均由STM32單片機(jī)產(chǎn)生，減小了硬件開(kāi)支。基于上述方案試制的400W樣機(jī)，具有輸出短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)及輸入過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)功能，50Hz輸出時(shí)頻率偏差小于0.05Hz，滿(mǎn)載（400W）效率高于87%，電壓精度為220V±1%，THD小于1.5%.
　　逆變電源應(yīng)用廣泛，特別是精密儀器對(duì)逆變電源的性能要求更高。高性能逆變電源不僅要求工作穩(wěn)定、逆變效率高、輸出波形特性好、保護(hù)功能齊全，還要求逆變電源小型化、智能化、并且具備可擴(kuò)展性。文中提出一種基于STM32系列單片機(jī)STM32F103VE的純數(shù)字式正弦逆變電源，該電源的全部功能由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，具有輸出電壓、頻率穩(wěn)定，效率高，保護(hù)功能齊全的特點(diǎn)。
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。系統(tǒng)采用高頻逆變方案，即前級(jí)升壓加后級(jí)逆變的結(jié)構(gòu)，這樣可以避免使用笨重的工頻變壓器，有效的降低了電源的體積、重量及成本，提升電源的效率。電路的工作原理是，12 V的直流輸入電壓經(jīng)過(guò)濾波后由推挽升壓和全橋整流升壓到350 V的直流母線(xiàn)電壓，再經(jīng)過(guò)全橋逆變電路轉(zhuǎn)變?yōu)?20 V/50 Hz的工頻交流電，采樣電路對(duì)相應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行采樣，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制及保護(hù)功能。
　　
　　圖1
　　由于大電流條件下，功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比過(guò)小會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重，效率降低，故逆變電源的前級(jí)采用準(zhǔn)開(kāi)環(huán)的控制方式，即輸入電壓在一定范圍內(nèi)時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比開(kāi)到最大并保持不變，輸入電壓過(guò)高時(shí)，減小占空比，維持母線(xiàn)電壓在一定范圍內(nèi)。這樣做的好處是，可以使前級(jí)升壓獲得較高的效率。
　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　逆變電源硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要包括直流推挽升壓電路、正弦逆變電路、輸出濾波電路、驅(qū)動(dòng)電路、采樣電路、主控制器和點(diǎn)陣液晶構(gòu)成。其中，直流升壓部分將輸入電壓升高至輸出正弦交流電的峰值以上的母線(xiàn)直流電壓，正弦逆變部分將母線(xiàn)直流電壓逆變后經(jīng)輸出濾波電路得到正弦式交流電，采樣電路則對(duì)母線(xiàn)電壓、母線(xiàn)電流、輸出電壓、輸出電流、輸入電壓進(jìn)行采樣，以實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)、過(guò)壓欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、閉環(huán)穩(wěn)壓等功能。驅(qū)動(dòng)電路的功能是將驅(qū)動(dòng)信號(hào)的邏輯電平進(jìn)行匹配放大，以滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)功率管的要求。控制電路的功能是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)功能。點(diǎn)陣液晶的功能是顯示系統(tǒng)工作信息，如果輸出電壓、電流以及保護(hù)信息等。