[實用新型]低功耗小型車載逆變器

有效

• 申請號: 201220464033.8
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN202772809U
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 鄭玉蓮;褚鵬超;田曉燕;孫頻東
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/5387;H02H7/122
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本實用新型涉及一種基于ARM的數字控制逆變電路，屬于電源技術領域。

背景技術

目前，數字控制逆變器已得到了巨大的發展，其基本運用于大功率場合，如基于DSP的數字控制電源，風力發電、并網逆變器等，對于中小功率數字電源的研究并不多見。如果對整個逆變系統采用合適的控制策略，將會使系統的功耗低、能夠長期穩定的運行，從而降低成本。現今逆變器的設計主要是通過一對高頻臂和一對低頻臂實現SPWM變換，高頻臂持續保持高頻變換，低頻臂持續保持低頻變換，這種方式使得高頻臂開關管長期高負荷運轉，容易損壞，影響電路的穩定性和使用時間。

因此，對逆變電路設計應注意以下性能指標：

1.諧波系數HF，即諧波分量有效值同基波分量有效值之比。2.總諧波系數THD，當輸出波形為理想正弦波時，THD為零。3.逆變效率。4.單位重量（或單位體積）輸出功率，用來衡量逆變器輸出功率密度的指標。5.電磁干擾EMI及電磁兼容性EMC。

由此可見，為滿足以上性能指標，一套比較好的設計策略至關重要。基于以上考慮，本實用新型提出一種基于ARM控制的單極性正弦逆變器的設計。

發明內容

為了克服現有逆變器存在的問題，本實用新型設計出一種基于ARM?Cortex-M3系列低功耗處理器控制與新型橋式逆變策略相結合的車載逆變器。利用ARM產生占空比按正弦規律變化的穩定的觸發信號，通過光耦隔離，再將信號送給驅動芯片來驅動開關管，配合開關管的導通順序，實現SPWM（Sinusoidal?Pulse?Width?Modulation）控制的單極性逆變。

本實用新型采用的技術方案如下：

低功耗小型車載逆變器，包括ARM控制器、光耦隔離電路、驅動電路、全橋逆變電路、電源和負載；ARM控制器為主控制器，其產生符合控制策略的單極性的SPWM波形，經過光耦隔離電路和驅動電路，控制全橋逆變電路中開關管的導通與關斷，實現全橋逆變電路的單極性正弦逆變，并根據全橋逆變電路的反饋信號適時的關閉輸出，保護電路。

本實用新型的逆變電路采用新型全橋控制策略，相對于雙極性逆變，具有使系統穩定、諧波小、輸出波形畸變少、能夠長時間可靠運行、設計簡單等優點。同時，本系統帶有死區補償和過流、短路保護等功能的設計，安全可靠。?

附圖說明

圖1是本實用新型全橋逆變電路的（a）拓撲圖及其（b）等效電路圖；

圖2是死區補償示意圖；

圖3是本實用新型的系統結構圖；

圖4是本實用新型全橋驅動電路圖；

圖5是光耦隔離電路圖；

圖6是本實用新型軟件設計流程圖；

圖7是實驗結果測試波形圖，圖（a）和（b）分別為上管和下管的驅動波形，圖（c）和（d）分別為上管和下管的輸出波形。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本實用新型作進一步說明。

本實用新型電路的拓撲結構如圖1(a)所示，在正半周期時，MOSFET功率管T3持續關斷，MOSFET功率管T4持續導通，MOSFET功率管T1、MOSFET功率管T2交替導通與關斷，由MOSFET功率管T1、MOSFET功率管T2、電感、負載構成一個BUCK電路；在負半周期時，MOSFET功率管T1持續關斷，MOSFET功率管T2持續導通，MOSFET功率管T3、MOSFET功率管T4交替導通與關斷，由MOSFET功率管T3、MOSFET功率管T4、電感、負載構成一個BUCK電路，整個電路類似于雙BUCK全橋逆變電路，等效電路如圖1(b)所示。由ARM控制器產生單極性的SPWM波，通過光耦隔離電路、驅動芯片來驅動開關管調制負載。這樣，輸出電壓就為正弦波。

該全橋逆變電路在ARM控制器的控制下，實現了單極性逆變，損耗低、諧波小，降低了對濾波器的設計要求，減小了設備的體積，并且高頻臂和低頻臂同時在四個開關管中切換，使得每個管子得到了充分的利用，使管子的壽命延長，從而延長了電路的運行時間。

在電路的運行過程中，為了防止全橋電路上下橋臂直通，損壞實驗電路。本設計過程中設置了死區保護，在上下橋臂開關管關斷和導通的過程中增加一段同時關閉的時間，設置為3ns。雖然這段時間很少，但在轉換時增加死區時間，使得正弦逆變波形出現了畸變，如圖2所示，V0為理想輸出波形，由于設置了死區，各半周期減少了Vs，實際輸出波形為V01，明顯可以看出有不小的畸變，諧波也會增加許多，這樣就不能滿足逆變器的性能指標，考慮設置死區補償是可行的方法。