全文总字数：4301字
摘要：
电源逆变技术是解决将直流供电设备的电能供给交流设备的关键技术，随着具有自关断能力的功率开关管，如可关断晶闸管（GTO）、巨型晶体管（GTR）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等的出现，数字控制逆变技术变得容易且迅速得到广泛应用，数字控制逆变技术的优点在于其能让功率变换器装置的结构大幅简化、可靠性和噪声抵抗能力也明显提高，因而，数字控制逆变技术已成为目前逆变电源发展的主要方向。目前，逆变电源越来越热门，随着汽车在家庭生活中的普遍应用，人们在驾乘汽车的生活中对电源的需求也多样化期望车载电源不但能提供蓄电池供给的直流电源，还要求能为其他生活设备供电。本文研究设计了与单片机的脉宽调制（PWM）控制的数字控制逆变电源，系统包含直流高频升压电路、单相全桥推挽电路、正弦脉宽调制（SPWM）生成电路，驱动电路、系统辅助电源电路、输出端整流滤波和电路保护电路。
关键词：单片机；PWM控制；逆变器。
引言
本文设计根据当前逆变电源的发展方向，设计了基于单片机控制的逆变系统，实现电路的数字化，电路设计采用模块化，系统升压部分和逆变部分均工作在高频范围，设计了高频变压器，选用快关速度快、导通电阻小、高耐压、大电流型开关管，最大程度地减小电路工作过程的开关损耗。
2 研究现状
第一代逆变电源
2.1.1 晶闸管时期
1956~1980年为传统发展阶段。这个阶段的特点是，开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加为主，体积重量大，逆变效率低，正弦波逆变器开始出现[6]。1956年，第一只晶闸管问世标志着电力电子学的诞生，在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展，首先出现的是可控硅SCR强迫换向逆变器，为SCR逆变器的发展奠定了基础。1962年，A.Kernick提出了“谐波中和消除法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。同年，A.schonung和H.stemmler提出把通信系统调制技术应用到逆变技术，这就是正弦波脉宽调制技术的正式诞生[11]。1963年，F.G.Turnbull提出了“特定谐波消除法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优等[1]。
第二代逆变电源
2.2.1采用自关断器件作为逆变器的开关器件
从二十世纪七十年代起，功率器件技术得到了突破，自关断器件问世，而采用自关断器件作为开关管的逆变器性能相当于第一代有了很大的提高。由于开关器件可以自行关断，因此省去了复杂的换流电路，既减小了成本又提高了效率。此外，在控制上，通常是单一的输出电压有效值或者平均值反馈的SPWM控制技术[10]。20世纪70年代后期，功率场效应管(power MOSFET)开始进入实用阶段，这标志着电力半导体器件在高频化进程中的一次重要进展[1]。1970年，F.C.Schwarz提出了电流谐振技术；1975年，N.O.Sokal提出了电压谐振技术，这两项技术都是用LC开关器件同组成一个串联或并联谐振回路，利用回路在一个开关周期的全谐振使器件工作在零电压转换（串联谐振）或零电流转换（并联谐振）的软开关状态，从而把开关损耗减到零。这就是最早的软开关方式。这种方法虽然有效，但它不能按照PWM方式工作。80年代后期，产生了复合型器件绝缘栅双极型晶体管（IGBT），具有驱动功率小、开关速度快、通态压降小、载流能力大等优点，得到广泛应用。采用IGBT作为开关器件的逆变电源大大提高了自身性能，具有以下优点：
- 主电路结构简单。由于IGBT具有自关断能力，不需要增加换流电路，简化了主电路结构，降低了成本，也提高了可靠性。
- 性能提高。IGBT开关频率很高，极大降低了逆变器输出电压的低次谐波含量，输出滤波器体积得以减小，同时逆变电源的动态性和稳定性也得以提高，系统更加可靠。
在控制方法上，第二代逆变电源普遍采用基本的SPWM控制技术，通过采集输出电压有效值实现反馈，使得输出电压幅值稳定。这种控制方法简单，易于实现，但是也存在许多缺点：当负载为非线性负载时，负载电流流过电源内阻使得输出电压波形畸变，适应性差；由于存在死区时间，SPWM波中的低次谐波不易被滤掉，导致输出电压波形畸变；系统没有瞬时反馈，当负载突变时，不能及时调整输出电压，所以动态性差；同时，输入电压与输出电压不能实现同步，相位差较大，尤其在三相逆变电源中，输出电压不能满足要求[7]。
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