本實(shí)用新型涉及電路結(jié)構(gòu)，具體的講是基于HPWM調(diào)制的逆變電路。

背景技術(shù)：

逆變電源技術(shù)是一門綜合了電力電子開關(guān)器件的應(yīng)用、功率變換、模擬和數(shù)字電子技術(shù)、PWM(脈沖寬度調(diào)制)技術(shù)、頻率及相位調(diào)制技術(shù)、開關(guān)電源技術(shù)和控制技術(shù)等的綜合性學(xué)科，已被廣泛應(yīng)用于交流電動機(jī)變速調(diào)速、電動機(jī)制動再生能源回饋、不間斷電源系統(tǒng)、感應(yīng)加熱、弧焊電源、變頻電源等工業(yè)領(lǐng)域和民用領(lǐng)域中的各種功率變換系統(tǒng)和裝置中。在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，逆變電源技術(shù)均處于核心地位。

目前，傳統(tǒng)的逆變電源系統(tǒng)多采用模擬電路控制或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的控制方式。逆變電源的模擬電路控制系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，但是，模擬電路控制卻存在著固有缺點(diǎn)，不僅其控制電路的分立元器件比較多,電路復(fù)雜,器件老化和熱漂等因素會影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，而且其靈活性和可移植性很差，硬件控制電路一旦設(shè)計(jì)完成，就很難再改變其控制策略。

近年來，隨著各種數(shù)字控制器的發(fā)展，逆變電源的控制系統(tǒng)逐漸向數(shù)字化方向發(fā)展。但是，目前的逆變電源系統(tǒng)中的正弦脈寬調(diào)制多采用雙極性調(diào)制(Bipolar PWM)方式或單極性調(diào)制(Unipolar PWM)方式。在這兩種調(diào)制方式下，逆變器的功率管均以較高的開關(guān)頻率工作，盡管得到了較理想的輸出正弦電壓波形，但其代價(jià)是產(chǎn)生了較大的開關(guān)損耗。開關(guān)頻率越高，波形越理想，但損耗越大，二者相互矛盾。由于目前常見的數(shù)字型的逆變電源控制器多采用上述兩種調(diào)制控制方式，而雙極性調(diào)制(Bipolar PWM)方式和單極性調(diào)制(Unipolar PWM)方式自身存在的固有缺點(diǎn)，致使基于其原理的逆變電源系統(tǒng)總是不能滿足失真度和效率同時(shí)提高的要求。

同時(shí)，傳統(tǒng)數(shù)字型逆變電源系統(tǒng)的PWM波的死區(qū)調(diào)節(jié)一般通過修改控制器的程序進(jìn)行，不能在線對其進(jìn)行修改和調(diào)試。且其DC/AC功率主回路和數(shù)字控制模塊未施加措施進(jìn)行隔離，以至DC/AC功率主回路的故障往往對成本昂貴的數(shù)字控制模塊造成不可預(yù)知的損壞。因此需要設(shè)計(jì)出一種新的調(diào)制技術(shù)以適應(yīng)高效率低失真度的多功能逆變電源系統(tǒng)，使其具有較高的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種基于HPWM調(diào)制的逆變電路，可實(shí)現(xiàn)輸出交流正弦波形的失真度和效率同時(shí)最優(yōu)化，并且實(shí)現(xiàn)DC/AC功率主回路和數(shù)字控制模塊的相互隔離。

本實(shí)用新型基于HPWM調(diào)制的逆變電路，包括通過驅(qū)動電路驅(qū)動的用于實(shí)現(xiàn)逆變的DC/AC主功率回路、與所述驅(qū)動電路連接的數(shù)字控制模塊、分別與所述數(shù)字控制模塊連接輸出信號檢測電路和輸入信號檢測電路，以及為所述驅(qū)動電路、數(shù)字控制模塊、輸出信號檢測電路和輸入信號檢測電路供電的輔助電源電路，其中在DC/AC主功率回路中包括了由四個(gè)MOSFET(金氧半場效晶體管)構(gòu)成的H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述四個(gè)MOSFET的基極分別連接驅(qū)動電路的輸出端；驅(qū)動電路中通過兩個(gè)雙通道柵極驅(qū)動芯片驅(qū)動所述的四個(gè)MOSFET，并且DC/AC主功率回路通過所述的雙通道柵極驅(qū)動芯片與所述數(shù)字控制模塊隔離，將DC/AC主功率回路的故障產(chǎn)生的不可預(yù)測影響排除在數(shù)字控制模塊之外。所述的四個(gè)MOSFET，可以采用功率MOSFET，即可以輸出較大工作電流的MOSFET。

HPWM調(diào)制指的是混合單極性SPWM調(diào)制技術(shù)(Hybird PWM,HPWM)，是一種基于雙極性調(diào)制和單極性調(diào)制的改進(jìn)的一種調(diào)制技術(shù)。工作時(shí)H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的其中一個(gè)橋臂的兩只MOSFET工作在高頻，以較高的開關(guān)頻率互補(bǔ)開關(guān)，保證可以得到理想的正弦輸出電壓波形，而另一個(gè)橋臂的兩只MOSFET工作在低頻，以較低的輸出電壓基波頻率工作，很大程度的減小了開關(guān)損耗。通過這種調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)了逆變電源系統(tǒng)整體效率和輸出正弦波電壓失真度同時(shí)達(dá)到最優(yōu)化。

進(jìn)一步的，與DC/AC主功率回路的輸入端并聯(lián)有輸入電容，用以去耦和濾波。

進(jìn)一步的，所述H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的兩對橋臂之間設(shè)有電容和電感構(gòu)成的濾波電路。LC濾波電路是一種常見的濾波結(jié)構(gòu)，通過LC濾波電路能夠消除高頻分量，得到只含基波分量的正弦波電壓。

在此基礎(chǔ)上，還設(shè)有與數(shù)字控制模塊連接的鍵盤。所述鍵盤可以為普通的3×3形式的鍵盤，用戶可以通過鍵盤輸入期望的輸出端正弦波的頻率和幅值，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

優(yōu)選的，所述的數(shù)字控制模塊為基于STM32F407型ARM處理器芯片的模塊。該模塊以及該模塊的應(yīng)用是目前的成熟技術(shù)，在此不做詳述。

優(yōu)選的，驅(qū)動電路中包括兩個(gè)UCC21520型的雙通道柵極驅(qū)動芯片，通過改變UCC21520驅(qū)動芯片的DT(死區(qū)編程端)和GND(接地端)之間電位器的阻值實(shí)現(xiàn)了HPWM波死區(qū)和重疊時(shí)間的硬件在線編程，避免了為調(diào)節(jié)死區(qū)重新燒錄控制程序的步驟，提高了調(diào)試系統(tǒng)的效率。

本實(shí)用新型基于HPWM調(diào)制的逆變電路，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出交流正弦波形的失真度和效率同時(shí)保證最優(yōu)化，并且實(shí)現(xiàn)了DC/AC功率主回路和數(shù)字控制模塊的相互隔離，避免了因功率主回路發(fā)生短路等故障對數(shù)字處理芯片造成損壞，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了對HPWM波的死區(qū)和重疊時(shí)間的硬件現(xiàn)場編程功能。

以下結(jié)合實(shí)施例的具體實(shí)施方式，對本實(shí)用新型的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。但不應(yīng)將此理解為本實(shí)用新型上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本實(shí)用新型上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型基于HPWM調(diào)制的逆變電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示本實(shí)用新型的基于HPWM調(diào)制的逆變電路，包括通過驅(qū)動電路驅(qū)動的用于實(shí)現(xiàn)逆變的DC/AC主功率回路、與所述驅(qū)動電路連接的數(shù)字控制模塊、分別與所述數(shù)字控制模塊連接的輸出信號檢測電路和輸入信號檢測電路，以及為所述驅(qū)動電路、數(shù)字控制模塊、輸出信號檢測電路和輸入信號檢測電路供電的輔助電源電路。其中在DC/AC主功率回路中包括了由四個(gè)功率管形式的MOSFET(金氧半場效晶體管)VT1、VT2、VT3、VT4構(gòu)成的H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)直流電到交流電的變換。所述四個(gè)MOSFET(金氧半場效晶體管)VT1、VT2、VT3、VT4的基極分別連接驅(qū)動電路的輸出端。與DC/AC主功率回路的輸入端并聯(lián)有輸入電容C_in，用以去耦和濾波。H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的兩對橋臂之間串聯(lián)第一電感L₁和第二電感L₂，以及電容C_out，通過雙邊LC濾波電路消除高頻分量，得到只含基波分量的正弦波電壓U_out。

驅(qū)動電路中通過兩個(gè)UCC21520型的雙通道柵極驅(qū)動芯片驅(qū)動所述的四個(gè)MOSFET(金氧半場效晶體管)VT1、VT2、VT3、VT4，并且DC/AC主功率回路通過所述的雙通道柵極驅(qū)動芯片與所述數(shù)字控制模塊隔離。并且還可以在UCC21520驅(qū)動芯片的DT(死區(qū)編程端)和GND(接地端)之間串聯(lián)一個(gè)50K的電位器，實(shí)現(xiàn)HPWM波死區(qū)和重疊時(shí)間0到500ns的硬件在線編程，避免了為調(diào)節(jié)死區(qū)重新燒錄控制程序的步驟。

數(shù)字控制模塊采用目前成熟的基于STM32F407型ARM處理器芯片的模塊。數(shù)字控制模塊通過HPWM波調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對DC/AC主功率回路的逆變控制，使輸出交流正弦波形的失真度和效率同時(shí)達(dá)到最優(yōu)化。還設(shè)有與數(shù)字控制模塊連接的鍵盤。鍵盤采用普通的3×3形式，用戶可以通過鍵盤輸入期望的輸出端正弦波的頻率和幅值，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

在輸出信號檢測電路中，R_L為負(fù)載電阻，R_t為采樣電阻，是與負(fù)載電阻R_L串聯(lián)的毫歐量級的電阻，用以檢測輸出電流I_out。當(dāng)逆變電源DC/AC主功率回路工作時(shí)，采樣電阻R_t兩端會產(chǎn)生一定的采樣電壓U_t，這樣即實(shí)現(xiàn)了將輸出電流I_out轉(zhuǎn)換為采樣電壓U_t，便于電流的檢測。將輸入直流電壓U_in、輸出交流電壓U_out和采樣電壓U_t對應(yīng)的輸入到輸出信號檢測電路和輸入信號檢測電路中，并對三者的幅值線性地調(diào)節(jié)，以滿足數(shù)字控制模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器采樣輸入的電壓幅度要求。在輸出信號檢測電路和輸入信號檢測電路中，通過對輸入電壓的分壓和對輸出交流電流的采樣放大，送至STM32F407型的數(shù)字控制模塊的A/D轉(zhuǎn)換器，并由數(shù)字控制模塊實(shí)現(xiàn)整個(gè)逆變電路的輸入過壓保護(hù)和輸出過流保護(hù)，最大化的保證對整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)。

在控制方面，數(shù)字控制模塊的STM32F407芯片通過捕獲定時(shí)器中斷，并增量式地讀取寫進(jìn)ROM中的數(shù)據(jù)，發(fā)出HPWM波實(shí)現(xiàn)對DC/AC主功率回路的控制。數(shù)字控制模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器將輸出信號檢測電路輸出的模擬量變換為數(shù)字量后由STM32F407芯片進(jìn)行處理，當(dāng)數(shù)字控制模塊檢測到電壓達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，進(jìn)入失能定時(shí)器，從而實(shí)現(xiàn)輸入過壓保護(hù)，輸出過流保護(hù)以及實(shí)時(shí)監(jiān)測輸出電壓的幅值、頻率和相位的功能。U_p為外加的輸入正弦波的參考信號，輸出信號檢測電路通過比較器分別將參考信號U_p和輸出交流電壓U_out處理為方波信號輸送給數(shù)字控制模塊STM32F407芯片，數(shù)字控制模塊輸入捕獲信號TIM_CH1(定時(shí)器通道1)上升沿和TIM_CH2(定時(shí)器通道2)上升沿并逐次消除相位差，以此實(shí)現(xiàn)了輸出正弦波跟蹤輸入正弦波參考信號相位的功能。