在實驗室中或者在家庭的某些特殊場合經(jīng)常會用到三相交流電源，而如果室內(nèi)配電沒有三相電源，那么就會給我們的實驗或者生活帶來很大的麻煩，針對此問題，本文提出了一種簡單并且易于實現(xiàn)的三相逆變電路，可以輸出三相變流電，并且具有輸出電壓以及輸出頻率等參數(shù)可以靈活調(diào)節(jié)的特點。
1 設(shè)計原理
傳統(tǒng)的方式是用晶體管和變壓器購成自激振蕩電路，再通過變壓器的次及輸出。以這種方式實現(xiàn)的電路由于晶體管工作在線性狀態(tài)，所以通常效率較低。本文將介紹一種數(shù)字方式實現(xiàn)的逆變電源，相比傳統(tǒng)的方式效率有很大的提高，而且應(yīng)用中也更加的靈活方便，電路工作過程中也更加的穩(wěn)定可靠?？傮w的設(shè)計思路如圖1所示。
本系統(tǒng)由一個穩(wěn)壓的直流電源供電，可以解決AC變換器設(shè)計穩(wěn)壓電路困難的問題。橋式功率輸出級在SPWM信號發(fā)生模塊的控制下，輸出占空比隨時間變化方波。如果再用LC低通濾波器把SPWM中的載波濾掉就可以得到正弦信號。
直流穩(wěn)壓電源的電壓決定了輸出交流的電壓，交流電的輸出電壓UO與直流供電電壓UD府在下面的關(guān)系：
即直流供電電壓取要輸出交流電壓的峰值，在重負載的情況下可能取值還更大一點。
基于上述的理論，要實現(xiàn)設(shè)計主要的工作就是SPWM信號的產(chǎn)生以及功率輸出級的設(shè)計。
2 電路的實現(xiàn)
2．1 SPWM信號的產(chǎn)生
首先，要產(chǎn)生三路SPWM信號，并且這三路信號要彼此有120°的相位差。這部分可以用FPGA或者MCU編程實現(xiàn)，用軟件來實現(xiàn)可以非常靈活地實現(xiàn)各種控制，為本設(shè)計實現(xiàn)輸出頻率可調(diào)節(jié)，調(diào)制的載波的頻率可調(diào)節(jié)提供了方便。
本設(shè)計采用單片機XC164S定時器硬件來產(chǎn)生精確的SPWM信號。定時器T12配置為循環(huán)模式，通過改變定時器的初始值，可以改變PWM的周期，從而可以控制電機的轉(zhuǎn)速。同時T12的三路通道比較模式可以裝入三路相位差為120°的比較值，同時每路的比較的輸出值設(shè)置成兩個不同的翻轉(zhuǎn)，這樣就可以控制上下兩個MOS管的導(dǎo)通，同時通過設(shè)置死區(qū)時間，可以使一個橋臂上兩只MOS管不同時導(dǎo)通，保護MOS管不被損壞。
2．2 MOS管驅(qū)動
對于這種全橋電路，要驅(qū)動下橋臂的MOS管是比較容易的，而要驅(qū)動上橋臂的MOS管就要麻煩一點，在這里選用MOS專用驅(qū)動芯片一IR211 3來完成，實際應(yīng)用的電路如圖2所示。
在圖2中，Hin、Lin、SD為控制信號輸入端，分別對應(yīng)上下橋臂的打開和關(guān)斷以及整個電路的關(guān)斷。OUT為三相當中的一相輸出端。因為是三相全橋，所以要做三個這樣的電路。
在本設(shè)計中功率MOS選用IR公司的高壓大功率MOS管IRFP460，其耐壓為500V，最大電流為23A?；旧峡梢赃m應(yīng)大部分應(yīng)用場合的要求。
2．3 驅(qū)動隔離
為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其是在要求輸出的三相電壓較高的時候，把把高壓的部分和我們SPWM信號發(fā)生以及控制的部分隔離開是非常用必要的。
一般情況下采用通常的光電耦合器來實現(xiàn)隔離是可行的，如果要求較高，這里介紹一個專用隔離芯片ADuM1200，它不但性能比光電耦合器好，而且應(yīng)用起來也十分簡單，這部分電路的原理圖如圖3所示。
2．4 其它模塊
本系統(tǒng)輸出的電壓是方波，如果負載只能用正弦交流電來供電，那么可以通過加一個LC濾波網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。
前面所述的系統(tǒng)實現(xiàn)了基本的功能，另外還有過壓保護、過流保護等模塊，各部分檢測通過單片機的ADC進行采集，在發(fā)生工作狀態(tài)異常時及時關(guān)斷輸出，保護電路不被損壞。
4 結(jié)束語
通過實驗驗證，本設(shè)計實現(xiàn)了三相交流電源的基本功能，通過單片機的軟件設(shè)置可以調(diào)節(jié)輸出頻率，通過調(diào)節(jié)為系統(tǒng)供電的直流電源電壓可以調(diào)節(jié)三相電源輸出電壓。
功率輸出電路選用MOS管構(gòu)成的全橋而沒有采用常規(guī)的成品功率模塊(IPM)。主要出于下面幾點的考慮：
(1)MOS管具有更低導(dǎo)通內(nèi)阻，所以開關(guān)管上的損耗很小，電路的效率比較高；
(2)MOS管的開關(guān)速度較快，這樣開關(guān)損耗就比較小，可以采用較高頻率的載波，如果要求輸出的交流電頻率較高，這一點比較實用。
(3)可以通過選用不同型號參數(shù)的MOS管，來適用不同的應(yīng)用場合。本設(shè)計只要稍改動一下軟件就可以用在無刷電機驅(qū)動中。