高性能逆变电源的实现过程分析

关键字：高性能

 逆变电源 

　　逆变电源是不间断电源、静止航空电源、新能源发电技术等许多设备的关键部件。许多场
合都要求逆变器能输出失真度小的正弦波，因而消除谐波是逆变电源的基本要求之一

[1]。

文献

[2]讨论了继电保护测试仪用逆变电源的设计，其中利用 SPWM 生成芯片，结合频率调

节实现相位的闭环控制，其逆变电源可精确跟踪给定信号频率，并控制相位和幅值

;文献[3]

介绍了基于

TMS320F2812DSP 的逆变中频电源，其充分利用了 DSP 的外围硬件电路，省

去了单片机控制时的部分扩展电路

;文献[4]给出了单相逆变电源的主电路和控制电路的设计

思想，仿真软件

OrCAD 的仿真结果证实了其设计的单相逆变电源的输出电压谐波含量较

低。笔者拟采用单片机作为控制器，脉冲信号产生采用消谐

PWM 法，详细介绍其硬件、软

件实现过程。
　　消谐

PWM 控制

　　采用

PWM 控制技术的主要目的之一是为了解决逆变电源输出的谐波问题 [1]，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
　　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