Abstract: In order to design a frequency can be generated in the range of 20Hz~100Hz adjustable, the output voltage of 36V single phase sine wave inverter AC. The system consists of control module, main circuit module, auxiliary power module, drive module and detection module. The system test results show that the single-phase sine wave frequency conversion power supply design, the output frequency is adjustable in the required range, voltage regulation and load regulation are in line with the design requirements, the output voltage waveform without obvious loss of it, design of power supply can be used as the experiment of college students, to test the power electronic circuit product design.

Key words: Single phase; Positive wave; Inverter; Circuit design

【中图分类号】TN86【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）10-0000-00

1 引言

变频电源作为一种常用的电力电子电器，在日常生产和生活中普遍使用^[1]。如家用电器、科学实验、教学设备等领域得到了广泛的应用^[2]。在进行电子电路设计时，不免要使用到低压交流电源，电源输出特性的好坏，关系到电子设计产品性能的优劣，为了电子产品安全可靠运行，就要求为其供电的电源能够输出电压和频率都非常稳定的正弦波。因此设计出频率在较宽范围内可调的正弦波变频电源就显得比较重要了。本文设计了一种频率范围可调的单相正弦波变频电源，主电路的结构采用交-直-交的变频方式，经过硬件测试，在频率范围，电压和负载调整率等方面满足设计要求，可以作为高校学生实验和电子测试电源。

2 系统设计

2.1 控制系统模块

STM32单片机是是32位高性能、低功耗的MCU^[3]。控制系统选用STM32芯片。利用STM32的定时中断进行输出信号的采集，然后对信号进行分析处理。

2.2 主电路结构

主电路的结构选全桥逆变电路，全桥逆变电路可以看成两个半桥逆变电路的组合，成对的两个桥臂交替各导通180°，输出电压波形和半桥电路一样，但幅值高出一倍。因此该电路的输出效率比半桥逆变电路提高一倍^[4]。

2.3 辅助电源设计

本系统的驱动电源使用JS159，是专为设计逆变装置而又使用IPM和IGBT的嵌入式系统级反激式开关电源。输出电流强劲，输入电压范围宽，保护全等优点，适合于所有逆变驱动器的电源。

利用在变压器次级接入JS159模块，输出直流电给单片机和驱动电路供电。该模块使用方便，节省了搭建辅助电源的时间。

2.4 驱动电路

光耦隔离电路使被隔离的两部分电路之间没有直接电气连接，该电路能防止连接而引起的干扰；缺点是增加了电路的复杂性，成本增加。

3.2 桥式整流电路滤波电容的分析

滤波电容的值越大，整流电路输出电压的脉动纹波越小，但实际上不会将滤波电容取很大^[5]。在桥式整流电路中，滤波电容是根据输出的纹波系数计算的。如果知道负载功率、纹波要求、整流变压器二次侧的电压以及电源频率，那么最小的电容值便可以确定^[6]。

4.2 程序设计

4.2.1 程序功能描述与设计思路

系统软件程序完成A/D采样、SPWM生成、键盘及显示、过流保护的功能。主控单元功能示意图如图2所示。

（1）A/D采样：采集输出的电压值和电流值。

（2）SPWM生成：一对互补的SPWM控制全桥逆变的四个MOS管，使输出产生正弦波调制信号。

（3）键盘及显示：键盘能够设置不同的频率输出，显示采集的电流，电压和频率。

（4）过流保护：当电流大于规定值时，给继电器一个高电平，使电路断开。

5 测试方案与测试结果

5.1 测试条件和仪器

测试过程：多次检查硬件电路与原理图完全吻合，电路无虚焊。测试仪器：数字示波器、函数信号发生器、数字万用表。测试波形如图3所示。

5.2 测试结果和分析

5.2.1 测试结果

采用阻值为210Ω的滑动变阻器，等系统进入稳定状态，即电压稳定在36V，调节滑动变阻器，改变输出电流，用万用表测试负载电压变化，记录数据见表1所示。

由计算知，负载调整率符合要求。

采用210Ω的滑动变阻器，待系统进入稳定状态，即输出额定电流保持2A时，调节输入电压，用万用表测负载电压，负载电压随输入电压变化关系如表2所示。

由计算知，电压调整率符合要求。

5.2.2 测试分析

测试分析结果如表3所示。

6 结束语

        本变频电源控制系统选用STM32芯片，为控制核心，SPWM控制全桥逆变的四个MOS管，使输出产生正弦波调制信号。采用交-直-交的结构，通过交流到直流的整流，再把直流逆变成交流，实现交流电源频率的改变。该单相正弦波变频电源经过实际硬件系统测试输出波形，通过示波器可以观察到输出并没有发生明显失真的波形，正弦波的频率在20~100Hz范围内可调，负载调整率和电压调整率符合要求，可以作为高校学生实验和电子制作交流测试电源。系统的功能可以在此基础上扩展比如在输出电压范围，以满足较宽电压输入电压的要求。电源的制作过程有利于提高学生的设计与创新应用能力^[9]。

参考文献

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[2]王贵锋, 李峰. 基于单片机控制的开关电源的研究与设计[J].自动化与仪器仪表, 2014 (10): 47-49.

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[4]王兆安,黄俊. 电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2012.

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作者简介

张全升 （1981-）  男  学士  工程师  研究方向为电力系统及其自动化