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三个知识点讲解高频逆变电源中的单片机 【大比特导读】在电路设计时，经常会遇到需要对电流进行转换的情况，这时就需要逆变电源的帮助，高频逆变电源就是其中之一，其能够将直流电源转变为相对稳定的交流电源，满足设计者们的需要。本篇文章将要介绍的是高频逆变电源当中的一些原理，并对它们进行分析。 在电路设计时，经常会遇到需要对电流进行转换的情况，这时就需要逆变电源的帮助，高频逆变电源就是其中之一，其能够将直流电源转变为相对稳定的交流电源，满足设计者们的需要。本篇文章将要介绍的是高频逆变电源当中的一些原理，并对它们进行分析。 消谐PWM控制 PWM控制技术的主要作用，是为了应对逆变电源当中的谐波问题，高频PWM控制不仅可以有效地减小输出电压的谐波含量，而且可以方便地调节输出电压的大小。消谐控制的基本思想，是以PWM脉冲波形的切换点相位作为未知数，通过PWM脉冲的傅里叶级数分析，获得输出电压的基波分量和各次谐波分量的表达式，然后根据基波和各次谐波幅值的要求，建立一个与未知数个数相等的方程组，通过求解方程组，获得各个脉冲的切换时刻，并按该时刻实施控制，则输出电压的基波和各次谐波幅值将会是期望值。一般情况下，总是令基波幅值为一个期望的非零值，而令各次谐波的大小为零，这样经过消谐PWM控制方程的逆变器将不含指定的低阶谐波值。 假定逆变器输出PWM波形在四分之一周期内有N个开关切换点，每个开关切换点对应的相位角分别为(ai=1，2，…，N)，且有0≤a1。 ? 式(1)为双极性调制且开关角个数N为奇数时的表达式，式(2)为双极性调制且开关角个数N为偶数时的表达式，式(3)为单极性调制时的表达式。设逆变器输出基波电压幅值与输入直流母线电压比值为M，假定式(1)、式(2)对应的PWM波形用于三相逆变器，式(3)对应的PWM波形用于单相逆变器，则式(1)~(3)式可得出相对应的消谐方程分别如(4)~(6)式所示。求解上述方程即可得到一组开关切换角，将此切换角转化为单片机定时计数脉冲数据表保存在程序存储器中，供实时控制时查询。 控制系统 ? ? 图1 逆变电源的硬件电路基本框图 控制系统是按照给定信号的要求，控制并调节主电路开关管的开通与关断，从而控制主电路产生期望的输出电压，并使输出电压尽可能地跟随给定的电压信号。图1给出了逆变电源的硬件电路基本框图。触发脉冲的产生采用数字电路的方法，完全可以用控制器的软件程序来实现其功能，节约了成本，而且相比较于模拟电路，这种方法的抗干扰能力较强。 逆变电路控制系统以AVR单片机为核心，其功能主要是产生全桥逆变电路中开关管的驱动信号，同时通过实时采样线路电压和电流来实现逆变电源的调节和保护。对于直流母线侧的输入电压信号，采用霍尔传感器变压后，电压信号经过由运算放大器组成的射级跟随器，送到窗口比较器，窗口的上下两阈值分别对应过电压和欠电压限值，如果在窗口范围内则电压正常，否则输出过电压或欠电压故障信号;对于直流母线侧的电流信号，采用采样电阻对其进行测量，采样电阻两端电压送运算放大器放大和抗干扰滤波处理后，与设定的过电流阈值比较，实现逆变器的输出或内部电路过电流的报警和处理。以上两种保护信号经过逻辑与处理，送到单片机的外部中断请求输入引脚，无论何种情况引起的故障信号，均可以向单片机提出中断请求，单片机响应中断，通过封锁所有开关管的驱动信号来实现保护，同时给出故障指示。 控制器采用8位AVR单片机。8位AVR MCU具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力。超功能精简指令集(RISC)，具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象。快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率。作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA(单一输出)，作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10~20mA灌电流的能力。片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠。片上资源丰富。将逆变器的期望输出频率给定值以编码的方式输入控制器，CPU根据读入的频率代码确定应选择的消谐PWM控制数据，并通过内部定时控制，按此规定的PWM数据，从CPU的I/O端口输出逆变桥开关管的驱动信号，控制开关器件的导通和关断，实现消谐控制。 系统软件 逆变电源的控制软件由主程序、定时器中断服务程序、外部中断服务程序三个部分组成。主程序用来初始化单片机的工作方式，从I/O口读入逆变电源期望输出频率给定值的编码，当给定输出频率发生变化时，其编码值会随之变化，此时修改频率变化标志，并在定时器中断服务程序按新的消谐PWM开关切换数据进行定时控制，实现驱动信号的切换。定时器中断服务程序主要完成对开关切换数据的定时控制，输出相应的开