单相全桥逆变电路事理分析及仿真实验_波形_极性

全桥逆变电路拓扑构造

逆变电路事情时，单极性调制和双极性调制时紧张有以下两种事情状态：

在单极倍频调制时，还存在如下两事情状态

2.单相逆变器的SPWM调制办法(1)SPWM调制的基本事理

如果对付互换电，如50HZ的正弦波，我们把它算作是有许许多多的呈阶梯状的直流旗子暗记组成 ，这样我们就可以用许许多多的宽窄不等的脉冲来等效这个正弦波了，从而实现了功率监工作在开关状态。
如果在一个正弦波周期内的脉冲个数比较多，就能精度比较高地通过 LC滤波网络还原成正弦波，这便是SPWM调制的基本事理。

(2)SPWM调制波的实现办法

SPWM调制波实现办法：在仿照电路里，我们常常用调制基波（正弦波）和载波 （三角波或锯齿波）的幅值来做比较，幅值高时就输出高电平或低电平产生SPWM调制波，详细实现方法便是把基波和载波分别输入到比较器的正反相输入端

比较器输出的是占空比变革的矩形波，通过掌握全桥电路4个功率管的导通顺序以及后级的LC滤波可得到正弦波形。

单相全桥逆变器中根据调制策略不同分为单极性调制、双极性调制和单极性倍频调制。

全桥逆变电路拓扑构造

①单极性调制

单极性调制事理

功率管导通时序图

一样平常情形下，功率管驱动芯片上管和下管是互补导通的，因此导通时序也可如下图：

从上面的驱动时序可以看出范例的单极性调制有如下特点:高频臂Q1,Q2两个功率监工作在高频状态，低频臂Q3,Q4两个功率监工作在低频状态，只有一半的功率管有开关损耗，和其它4个功率管都事情在高频状态的调制办法比较，总的开关损耗只有一半。
由此可以知道，高频臂Q1,Q2两个功率监工作在高频状态，损耗比低频臂Q3,Q4两个功率监工作在低频状态要高，因发热比较大，寿命要短。

②双极性调制

双极性调制事理

功率管导通时序图

双极性可以看出，SPWM调制4个功率管都事情在高频载波频率，因而开关损耗比较大。
但实在现办法比较随意马虎，大部分半桥功率管驱动芯片自带高下管互补导通功能，以是只要给旁边桥臂分别通以一对互补的SPWM旗子暗记即可实现。
③单极倍频调制

单极性倍频调制的事理和双极性调制有类似的地方，只是全桥输出在没有滤波之前的波形和功率管的事情频率变了。
它来用采取正弦波和两路互为反相三角波比较较的办法，当然也可以是两路互为反相的正弦波和三角波比较较。

单极倍频调制

功率管导通时序图

从UAB的波形可以看出，两路双极性调制经由全桥功率管的叠加之后终极的UAB波形变成了单极性，而且频率更加，这便是这种调制办法称为单极性倍频调制的缘故原由。
这种调制办法波形完美，对各种负载的适应性好，由于倍频输出，LC的体积和本钱可以比较小，缺陷是4个功率管都事情在高频状态,因而开关损耗比较大。

仿真采取双极性调制办法，由于实现办法较其它两调制办法种更为大略。

要实现逆变，首先要有SPWM波形，SPWM波形正弦波和三角波通过比较器得到。
在similink中仿真模型如下：

示波器不雅观测得到：

黄色部分是得到的SPWM调制波形，占空比随正弦幅值变革，以是仿真是成功的。

总体仿真模型如下：

调制产生的路互补SPWM波形为SPWM1和SPWM2，两路调制波又分别连接同侧桥臂的高下管，仿照半桥驱动芯片的高下管互补。

在逆变器中常日采取滤波器来肃清逆变器输出电流谐波，滤波器常日存在三种形式：L 滤波器、LC 滤波器和 LCL 滤波器。
本文在此采取 LC 滤波器，LC 滤波器是一种二阶滤波器，其滤波效果比 L 型滤波器好，并且在设计和掌握上不像LCL 存在固有谐振问题，更加易于稳定。
此处逆变器的开关频率设置为 10k Hz，因此选取 LC 谐振频率为：

式中：

为基波频率；

为开关频率；

为 LC 滤波器的谐振频率

在滤波器电感设计中，当电感选取较大时，能够有效的抑制电流谐波，但是会影响系统的动态特性，导致电流闭环跟踪缓慢；当电感选取较小时，电流闭环掌握跟踪性能较好，但是滤除电流谐波能力较弱，因此在电感设计中常日须要折衷考虑两个方面，电感常日选取几mH，电容十几或几十uf，详细数值须要结合设计参数打算出来。

运行仿真得到：

逆变波形为50HZ的正弦波

三、SPWM单片机程序实现

常日，逆变电路须要单片机参与进行闭环掌握，第一个问题便是如何用单片机产生SPWM波形，下面先容利用STM32产生SPWM波形。

设计目标为载波10Khz，目标正弦波形为50hz。
紧张思路是利用定时器产生10Khz的PWM波形，每个PWM周期改变一次占空比，从而仿照出SPWM波形。

由于无示波器和实物单片机，以是以下操作是基于proteus仿真出来的，实际事理一样的。

定时器利用高等定时器1，高等定时器带互补输出功能。
由于我利用的是proteus仿真，单片机主频设置为了8Mhz。
因此定时器配置如下：

计数周期：8Mhz / 10Khz = 800 ，因此为800-1=799；72M主频下同理打算

②开启定时器1更新中断

SPWM表格天生工具下载链接：点击跳转

周期点数 ：10Khz / 50 Hz = 200 ，每个正弦波由200个调制PWM波形组成

3.Keil5代码①定义查表数据

#define SPWM_N 200uint16_t SPWM_Cnt = 0;uint16_t SPWM_List[SPWM_N] = {400,412,425,437,450,462,474,487,499,511,523,535,547,558,570,581,592,603,614,624,635,645,654,664,673,682,691,700,708,716,723,730,737,744,750,756,761,767,771,776,780,784,787,790,792,795,796,798,799,799,800,799,799,798,796,795,792,790,787,784,780,776,771,767,761,756,750,744,737,730,723,716,708,700,691,682,673,664,654,645,635,624,614,603,592,581,570,558,547,535,523,511,499,487,474,462,450,437,425,412,400,387,374,362,349,337,325,312,300,288,276,264,252,241,229,218,207,196,185,175,164,154,145,135,126,117,108,99,91,83,76,69,62,55,49,43,38,32,28,23,19,15,12,9,7,4,3,1,0,0,0,0,0,1,3,4,7,9,12,15,19,23,28,32,38,43,49,55,62,69,76,83,91,99,108,117,126,135,145,154,164,175,185,196,207,218,229,241,252,264,276,288,300,312,325,337,349,362,374,387};②定时器初始化

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1); //开启定时器中断HAL_TIM_PWM_Start_IT(&htim1,TIM_CHANNEL_1); //开启PWM输出HAL_TIMEx_PWMN_Start_IT(&htim1,TIM_CHANNEL_1); //开启互补PWM输出③中断回调函数设置

紧张功能是每次定时器溢出时，更新比较值，从而改变下一次PWM的占空比。

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef htim) { if(htim == &htim1) { TIM1->CCR1 = SPWM_List[SPWM_Cnt++]; if(SPWM_Cnt >= SPWM_N) { SPWM_Cnt = 0; } } }4.protues仿真不雅观测波形

仿真模型如下：

波形不雅观测如下：

黄色波形与蓝色波形为调制SPWM波形，两者电平互补，粉色波形为黄色波形的单位面积等效。
实际要得到粉色50HZ正弦波须要将SPWM通过全桥电路和LC滤波后得到。

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