一種用單片機制作的高頻正弦波逆變器

1．引 言　

逆變器有方波逆變器和正弦波逆變器兩大類，方波逆變器雖然結構筒單，造價低廉，但是由于諧波太多，不適合感性、容性電路的工作，而市場上的正弦波逆變器的價格普遍較高，使一些用戶難以接受，從而限制了它的推廣和應用。本文主要介紹一種簡單實用的正弦波逆變器。

正弦波脈沖調制是正弦波逆變器的關鍵，它們都需要一個正弦波發生器，利用它產生的正弦波和三角波（鋸齒波）進行比較，實現正弦波調制。產生正弦波的方法和途徑很多。通常應用的方法有模擬式和數字式兩類，通過不同的多種方式去實現。如用帶濾波電路和正反饋放大器構成的正弦波振蕩發生器電路，這是最常用的經典電路，但調整較復雜，頻率精度不高。還有用函數發生器等方法產生正弦波電路。用大規模專用集成電路和單片機構成的正弦波脈寬調制電路。采用EPROM和D/A轉換產生參考正弦電壓也是一種常用方法。用DSP高速數據處理器實現脈寬調制是最新的一種方法，由于引入了計算機技術，需要增加大量的軟件開發和設計工作，盡管電路的復雜系數和成本都有所增加，但它確實是大容量逆變器的一種優良設計方法。

基于上述情況，我們研究設計了一種用廉價的單片機實現正弦脈沖調制、逆變、控制及保護的電路，使逆變器的結構更為簡單，性能穩定可靠。

2．脈沖調制波的產生

2．1　脈沖調制波的產生原理

用模擬方式產生正弦波脈沖調制波，需要用硬件產生一個頻率為50Hz的參考正弦波（或100HZ的正弦波半波）和一個與載波（調制）頻率一致的三角波或鋸齒波。通過正弦波和鋸齒波的比較，產生一組脈沖寬度按正弦波規律變化的脈沖波。

本設計中電路輸出的脈寬調制波是通過正弦能量計算的辦法，只須計算出正弦波1/4周期，即0°～90°的正弦波內相應周期上的脈寬和脈沖間隔，再通過鏡象法，獲得一組正弦波半波（0°~180°）內的脈沖寬度和脈沖間隔。輸出的正弦波與脈沖調制波的關系如圖1所示。圖中：N為50Hz正弦波半周期所含脈沖個數；Um為正弦波波峰電壓；T——正弦波周期，頻率為50Hz時，T=0.02秒；αN為第N個脈沖對應的電度；

為第N個脈沖的寬度；γN為第N個脈沖與N+1個脈沖之間的的間隔。

圖1　正弦脈沖調制能量等效圖

圖2　單片機部分程序流程圖

根據正弦波能量等效法可得如下關系：

其中：

N=F/2f

f =50Hz為正弦波頻率，F=12K為載波頻率。因此可求得脈寬與輸出正弦波的關系為：

余此類推。