A 题 单相正弦波逆变电源 1.系统方案 本系统结构图如图 1-1 所示。SPWM 信号控制全桥电路，然后经过 LC 滤波 电路逆变得到正弦波。MSP430 单片机需要产生 SPWM 波、采样电流量、控制硬件 电路系统以及形成良好的人机交互界面。 图 1-1 系统结构框图 1.1 正弦波脉宽调制（SPWM）控制信号的生成方案论证 方案一：模拟调制方式。 由正弦波发生器产生正弦调制波和三角波发生器产生三角载波。通过硬件比 较器比较产生脉冲序列控制逆变电路，从而得到所需交流电压。此方法产生的正 弦波频率、电压幅值不易改变，不够灵活且对硬件电路要求高。 方案二：数字调制方式。 数字调制方式基于自然采样原理，以可编程逻辑器件为载体将正弦波表和三 角形波表存入存储器，经过数字比较产生对应波形。数字调制方式生成波形的相 位分辨率可达到很高精度，改变调制比（正弦波与三角波幅度比）即可改变输出 电压。 1 

由于数字调制方式控制简单，实现方便，故本系统选用数字调制方式产生逆 变电路的控制信号，以 MSP430 自带计数器增减计数作为三角波载波，软件定时 更新比较寄存器作为正弦波调制波，两者比较即可产生 SPWM 波。 1.2 输出交流电流采样方案论证 方案一：电流互感器采样输出电流。此方案直接采样输出交流电流，但是 需要负电源供电,以及有效值采样电路,增加了系统的成本和复杂性。 方案二：采样输入直流电流，利用系统效率相对稳定，同时输入输出电压 基本不变的条件，得到输入直流电流和输出交流电流有效值之间的确定性关系得 到输出交流有效值。该方案仅需要康铜丝和单电源供电的差分放大器即可实现。 通过比较发现，方案二简易、高效、节约成本，因此本系统采用。 2.理论分析与计算 2.1 逆变电路理论分析计算 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 U o  4 U d  (sin wt  1 3 sin 3 wt  情况下输出交流电压有效值 Ud/1.414  行 boost 升压，可以直接逆变。 2.2 输出正弦波频率分析计算 5 wt sin 1 5 V10V6.01   ) 。本题中 Ud  15V, 理想 ，考虑到系统效率，不需要进 输出正弦波的频率等于正弦调制波的频率。使用 MATLAB 将正弦函数一个周 期数字化为 K 个数字量，形成正弦调制波表。假设每隔时间 T 取波表中的一个值, 则正弦载波频率为 KT/1 T 100 us  时输出 50Hz 正弦波，改变 T 可以实现频率递进。 ，即输出正弦波频率为 KT/1 。本系统取 200 K ，取 2.3 MOS 管与 MOS 管驱动的选择 考虑到 MOS 管需要相对较小的导通电阻 DS(on) R 和较小上升时间和下降时间 的，本系统选用 CSD19506。本题需要驱动全桥，因而既要驱动低端 MOS 管又要 驱动高端 MOS 管，UCC27523、UCC27524 只能驱动低端 MOS 管，而 UCC27211 则可 以满足，故选用。 3.电路与程序设计 2 

系统整体框图如图 1-1。 3.1 硬件电路设计 全桥逆变和 LC 滤波电路如图 3-1 所示。 图 3-1 全桥逆变电路和 LC 滤波电路 L_PWM 和 H_PWM 由 43O 单片机产生经过 6N137 隔离进入 UCC27211 驱动全桥， 后级 LC 滤波器的截止频率为 fc   2/1 LC  1590 Hz ，可以滤除载波频率。 3.2 系统软件设计 图 3-2 主程序流程框图 3 

主程序流程框图如图 3-2。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。 4.1 测试表格与数据 4.测试方案与测试结果 表 4-1 失真情况和效率测试表 输入电压 输入电流 输出电流 输出电压 输出频率 信噪比 效率 89.1% f=50.00Hz IO=0.998A 45dB UI=15.006V 0.742A 9.940V 输出电流(A) 输出电压(V) 负载调整率 SI 表 4-2 负载调整率测试表 0.195 9.948 0.401 9.947 0.706 9.958 0.998 9.940 0.08% 频率步进设置功能：测试结果，输出频率不仅可以在 15Hz 到 200Hz 之间任 意设置，而且可以以 1Hz 步进。 过流保护功能以及自恢复：测试结果，系统在输出 1.5A 具备过流保护功能, 保护时关断 SPWM 信号，延时 5s 试触实现自恢复功能。 发挥部分:实现直流逆变三角波，并且三角波的频率可调。 4.1 测试结论 由表 4-1 可知输入电压为 15V，频率为 50Hz，输出电流为 1A 左右时，信噪 比为 45dB，波形无明显失真，逆变效率达到 89.1%，若使用开关电源作为系统的 辅助电源可以进一步提高逆变效率；由表 4-1 可得输入电压为 15V，输出电流为 0.1 到 1A，频率为 50Hz 时，负载调整率为 0.08%；同时输出正弦波频率在 15 到 200Hz 内可按 1Hz 步进或是随意设置；具备 1.5A 过流保护和自恢复功能；具备 直流逆变三角波的发挥功能。总体上本系统符题目要求，各项逆变电源指标良好。 4