單相正弦波逆變電源

　　摘要：本系統實現輸入直流電壓15V，輸出交流電壓有效值10V，額定功率10W，交流電壓頻率在20至100Hz可步進調整。以MSP430單片機為控制核心，產生SPWM波控制全橋電路，然后經過LC濾波電路得到失真度小于0.5%的正弦波。采用PID算法反饋控制使輸出交流電壓負載調整率低于1%，采用開關電源作為輔助電源、合理選用MOSFET等使系統效率達到90%，采用輸入電流前饋法來估計輸出電流以實現過流保護以及自恢復功能。

　　引言

　　本次競賽為全封閉式，不準利用網上資源，要求參賽隊在兩天時間內完成題目規定的任務，本題要求實現單項正弦波逆變電源，輸入直流15V，輸出交流電壓有效值10V，功率10W，且頻率20至100Hz步進可調，要求波形無明顯失真，負載調整率小于1%，效率盡可能高，系統要具備過流保護以及自恢復功能。由于輸出功率較小，為了提高系統的效率，我們采用TI提供的MSP430系列超低功耗微控制器來產生SPWM波，配合TI超低導通電阻和快速導通MOSFET，在MOSFET的驅動上使用TI開發的高驅動能力半橋驅動芯片UCC27211。系統簡潔明了，以最簡單的方法實現了所有的功能，且利用矩陣按鍵和LCD顯示設備為用戶提供了良好的交互界面。以下將集中講述系統的大體框架和具體的實現方法。

　　1 系統方案

　　設Ud為直流輸入電壓，Uo為輸出電壓。輸出電壓Uo的展開傅里葉級數為
考慮到系統效率，不需要進行boost升壓，可以直接逆變。故本系統結構圖如圖1所示。SPWM信號控制硬件全橋電路，然后經過LC濾波電路可以得到正弦波。以MSP430單片機為核心的數字控制系統需要采樣電流量、控制硬件電路系統以及形成良好的人際交互界面。

　　1.1 硬件電路設計

　　全橋逆變和LC濾波電路如圖2所示。L_PWM和H_PWM由43O單片機產生經過6N137隔離進入MOS驅動芯片UCC27211驅動全橋，后級LC濾波器的截止頻率為
可以濾除載波頻率。考慮到MOS管需要相對較小的導通電阻R_DS(on)和較小上升時間和下降時間的，本系統選用CSD19506。本系統需要驅動全橋，為了提高MOSFET的導通速度，降低開關損耗，因而選用TI提供的高速半橋驅動芯片UCC27211。圖2是全橋部分電路圖。

　　1.2 系統軟件設計

　　軟件結構框圖如圖1，主程序框圖如圖3。程序執行的流程如下所述：單片機上電之后，系統進行按鍵、片上ADC12和LCD顯示屏初始化，程序查詢按鍵，若有相應按鍵按下，修改正弦波頻率，然后AD采樣電流判斷是否過流;否則返回繼續查詢按鍵。如果輸出過流，程序將關閉SPWM輸出，延時自恢復;否則返回按鍵查詢。