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基于高性能全数字式正弦波逆变电源的设计方案

北极星输配电网  来源:与非网    2015/5/20 11:12:53  我要投稿  

北极星输配电网讯:本文提出一种高性能全数字式正弦波逆变电源的设计方案。该方案分为前后两级,前级采用推挽升压电路将输入的直流电升压到350V左右的母线电压,后级采用全桥逆变电路,逆变桥输出经滤波器滤波后,用隔离变压器进行电压采样,电流互感器进行电流采样,以形成反馈环节,增加电源输出的稳定性。升压级PWM驱动及逆变级SPWM驱动均由STM32单片机产生,减小了硬件开支。基于上述方案试制的400W样机,具有输出短路保护、过流保护及输入过压保护、欠压保护功能,50Hz输出时频率偏差小于0.05Hz,满载(400W)效率高于87%,电压精度为220V±1%,THD小于1.5%.

逆变电源应用广泛,特别是精密仪器对逆变电源的性能要求更高。高性能逆变电源不仅要求工作稳定、逆变效率高、输出波形特性好、保护功能齐全,还要求逆变电源小型化、智能化、并且具备可扩展性。文中提出一种基于STM32系列单片机STM32F103VE的纯数字式正弦逆变电源,该电源的全部功能由单片机控制实现,具有输出电压、频率稳定,效率高,保护功能齐全的特点。

系统设计

系统的整体框架如图1所示。系统采用高频逆变方案,即前级升压加后级逆变的结构,这样可以避免使用笨重的工频变压器,有效的降低了电源的体积、重量及成本,提升电源的效率。电路的工作原理是,12 V的直流输入电压经过滤波后由推挽升压和全桥整流升压到350 V的直流母线电压,再经过全桥逆变电路转变为220 V/50 Hz的工频交流电,采样电路对相应点进行采样,以实现闭环控制及保护功能。

 

由于大电流条件下,功率管驱动信号占空比过小会导致发热严重,效率降低,故逆变电源的前级采用准开环的控制方式,即输入电压在一定范围内时,驱动信号占空比开到最大并保持不变,输入电压过高时,减小占空比,维持母线电压在一定范围内。这样做的好处是,可以使前级升压获得较高的效率。

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