摘要：本文论述是一种采用STC15F2K60S2单片机为核心的SPWM逆变电源，单片机通过自然数查表法控制内部的3路硬件PWM模块生成SPWM脉冲信号，采用双极性调制方案驱动三相全桥逆变电路，输出经LC低通滤波器滤波，最后在负载上得到稳定的正弦波交流电。其正弦波输出频率由单片机内部程序控制调节。另外本系统外接按键，按键能设定开始与停止。
关键词：SPWM，双极性调制，三相逆变，STC单片机
1、内容章节概述
本文主要从系统分析、硬件设计、程序设计和实验测试四个方面阐述“三相SPWM逆变电路的设计”。开始概述逆变器基本概念原理和SPWM控制技术，硬件设计介绍本次设计系的统结构框图，简要说明了单片机的选型、半桥驱动电路等，软件设计主要说明本设计的程序流程图；实验部分通过对设计电路的测试，说明试验结果。
2.1 逆变器的基本概念与工作原理
2.1.1正弦波逆变器的电路构成
如图所示，本电路由两部分组成,将交流转化为直流的这个部分属于整流,整流器的作用是把交流电转化为直流电，这个过程可以是不可控的，也可以是可控的，这部分采用不可控的二极管将交流变成直流。整流之后采用用电容进行滤波,滤波器的作用是将波动的直流量过滤成平展稳定的直流量,整个过程无论是从结构上还是性能上都能满足实验要要。最后直流变交流的部分为逆变部分,逆变器的作用是将直流电转化为交流电经过电感滤波后然后供给负载,这里的LC滤波是为了滤除高次谐波，得到到正弦波，而逆变器因为它输出的电压和频率与输入的交流电源无关所以为称为无源逆变器，它是正弦波逆变电路的核心，这里采用采用三相桥式逆变电路,用PWM控制调节输出电压及频率的大小。
2.1.2常用的逆变器调压方法：
可控整流器调压：通过负载对电压的要求，使用可控的整流器来完成对逆变器输出电压的调节。
直流斩波器调压：在确定逆变器的电源侧有较高功率的情况下，通过不可控整流器可以 在直流环节中通过设置改变直流斩波器来进行对电压的调节。
逆变器自身调压：在采用不可控整流器的前提下逆变器能用自身的电子开关进行斩波控制，这样就可以得到脉冲列，通过改变输出电压脉冲列的脉冲宽度，就可达对输出的电压进行调节，这种方法被称为脉宽调制（PWM）。
3、逆变器的基本类型
如果是直流输入端滤波器，那么它可以分为两种，分别是电流型和电压型，其中电流型逆变器它的中间部分采用的是大电感进行滤波，这样的输入电流的特点是具有阻抗大电流平，就仿佛似电流源，而电压型逆变器的中间部分则采用大电容进行滤波，这样的逆变器的输入电压的特点是阻抗小且电压平直，就仿佛电压源。而如果按电子开关的频率进行区别则同样可分为 两种分别是120°的导电型逆变器和180°的导电型逆变器。
4、PWM控制技术
PWM控制技术翻译过来就是脉宽调制技术，它是原理是假如有一系列的脉冲想要变成需要的波形，那么就可以通过等效法对脉冲的宽度进行改变来等效着获得需要的波形，波形包含形状和幅值，这种控制的想法来源于于通信技术。随着全控型器件的飞速发展可以十分轻松的把PWM控制技术实现，而且这种PWM控制技术在电力电子类方面的用处非常大且极其普遍，各种电力电子装置通过使用它而在性能方面得到了极大的改变，所以它在电力电子技术的整个历史拥有着举足轻重的地位，而PWM控制技术能在电力电子技术中拥有这种举足轻重的地位主要还是因为它在逆变电路中被完美的应用了，直到目前为止PWM控制技术被普遍采用与各式各样的逆变电路。
5、 SPWM逆变器的工作原理
SPWM逆变器的主题思路就是有一个逆变器，希望它输出的电压波形是正弦的，因为至今为止以现在的技术造出的可以改变频率和电压的逆变器无法像正弦波逆变器那样的小体积大功率且输出波形光滑。
现在的SPWM逆变器都采用的是等效原理实现的，即让逆变器输出的波形是一系列的和正弦波一样效果的虽不等宽但等幅的矩阵脉冲波形，它的主题思想方法就是等面积法。
6、总体原理图
本系统主要采用的硬件滤波电路、三相全桥逆变电路、LC滤波器、单片机、按键设置电路、显示模块、电压检测电流，电流检测电路以及一些外围电路，具体系统框图如图3.1所示。
7、方案确定
综合以上的分析论证，本设计采用STC15F2K60S2单片机作为控制系统，然后通过单片机通过自然数查表法控制内部的三路硬件PWM模块生成SPWM脉冲信号，采用双极性调制方案驱动三相全桥逆变电路，输出经LC低通滤波器滤波，最后在负载上得到稳定的正弦波交流电。同时，液晶通过电流电压检测电路实时显示运行状况。
8、 结论总结
SPWM逆变电源设计全面阐述了正弦波逆变器的基本结构、驱动原理以及硬件软件的设计。本文所设计的基于PIC单片机的正弦波逆变器具有硬件结构简单、保护功能完善等特点。主要实现了如下功能：
(1)采用STC15F单片机作为控制核心，加强智能控制；
(2)具有安全控制系统，能实现了系统的过流保护、堵转保护；
(3)设计了驱动电路、控制电路的设计，提高系统的可靠性：
9、参考文献
1 曲学基等.新编高频开关稳压电源.北京：电子工业出版社，2005
2 钱振宇等.开关电源的电磁兼容性.北京：电子工业出版社，2005
论文作者:王瑜,张子怡,张卫卫,卫治江,李永飞
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/6
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