摘要：文章介紹了用AT89C1051單片機控制的單相逆變器電源的設(shè)計文字，該方案通過消諧PWM控制可使逆變電源的輸出諧波明顯減少，并經(jīng)小容量的高通濾波后即可得到高質(zhì)量的正弦波電壓輸出。該電源通過單相電機的運行試驗證明，效果良好，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能穩(wěn)定可靠，具有一定的實用價值。

    關(guān)鍵詞：逆變電源 消諧控制 單片機 AT89C1051

1 概述

消除輸出電壓諧波是逆變電源PWM控制的主要目的之一。在此方面，單相逆變電源的結(jié)構(gòu)較三相電源簡單，PWM控制也更為方便，因而在單片機的控制下實現(xiàn)PWM的調(diào)節(jié)策略十分有效。然而，從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和硬件成本方面應(yīng)考慮采用什么控制算法才能使逆變電源的性能價格比最優(yōu)。在眾多的PWM控制策略中，人們已普遍認為消諧PWM控制器是一種最佳的控制策略[1]。為了使控制電路盡可能地簡化，本文給出了利用AT89C1051小型單片機的內(nèi)部資源，通過離線消諧PWM控制，來實現(xiàn)單相逆變電源的PWM調(diào)制，以有效降低輸出電壓諧波的一種簡易的單相逆變電源解決方案。

2 消諧PWM控制方程

消諧PWM控制方程是根據(jù)逆變器輸出PWM波形的富氏級數(shù)得到的[2]。設(shè)逆變電源輸出PWM波形在四分之一周期內(nèi)有N個開關(guān)切換點，每個開關(guān)切換點對應(yīng)的相位角分別為：α（i=1,2,…，N），且有0≤α1α2<…<αN≤90°，則在單相極性PWM控制條件下，有：

    如果逆變器輸出基波電壓幅值與輸入直流母線電壓的比為M，則消諧方程為：

    令，則上式可寫成如下形式：

    求解上述方程即可得到一組開關(guān)切換角，如將此切換角轉(zhuǎn)化為單片機的定時計數(shù)脈沖數(shù)據(jù)表保存在程序存儲器中，便可供實時控制時查詢。若用此開關(guān)數(shù)據(jù)在單片機中作定時控制，則輸出電壓中不含前2N-1次低階諧波。

3 逆變電源及其控制系統(tǒng)

本逆變電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。單相交流電源經(jīng)過EMI線濾波器后，再經(jīng)單相橋式整流和大電容濾波后可在直流母線上獲得穩(wěn)定的直流電壓。該直流電壓在單片機的控制下，經(jīng)過單片橋式逆變電路逆變后，可輸出略含諧波的交流電。由于本設(shè)計采用消諧控制，因而其低階諧波值為0，且只存在高次諧波分量，這樣，在經(jīng)過一級小容量的LC濾波網(wǎng)絡(luò)后，即可在輸出端獲得較為理想的正弦波輸出電壓。

以單片機為主的控制系統(tǒng)主要用來產(chǎn)生逆變電路開關(guān)器件的驅(qū)動信號，并通過對線路電壓和電流的實時采樣來實現(xiàn)調(diào)節(jié)和保護。單片機則根據(jù)輸出頻率代碼指令來確定應(yīng)選擇的消諧PWM控制數(shù)據(jù)，并按此規(guī)定的PWM控制數(shù)據(jù)實現(xiàn)內(nèi)部定時控制，同時對開關(guān)器件進行切換以實現(xiàn)消諧控制。另外，該控制系統(tǒng)還可實時監(jiān)視直流母線電壓和電流的大