在實(shí)驗(yàn)室中或者在家庭的某些特殊場(chǎng)合經(jīng)常會(huì)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(huì)給我們的實(shí)驗(yàn)或者生活帶來(lái)很大的麻煩，針對(duì)此問(wèn)題，本文提出了一種簡(jiǎn)單并且易于實(shí)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(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)原理
    傳統(tǒng)的方式是用晶體管和變壓器購(gòu)成自激振蕩電路，再通過(guò)變壓器的次及輸出。以這種方式實(shí)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(shí)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(guò)程中也更加的穩(wěn)定可靠?？傮w的設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

    本系統(tǒng)由一個(gè)穩(wěn)壓的直流電源供電，可以解決AC變換器設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路困難的問(wèn)題。橋式功率輸出級(jí)在SPWM信號(hào)發(fā)生模塊的控制下，輸出占空比隨時(shí)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(hào)。
    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(fù)載的情況下可能取值還更大一點(diǎn)。
    基于上述的理論，要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)主要的工作就是SPWM信號(hào)的產(chǎn)生以及功率輸出級(jí)的設(shè)計(jì)。

2 電路的實(shí)現(xiàn)
2．1 SPWM信號(hào)的產(chǎn)生
    首先，要產(chǎn)生三路SPWM信號(hào)，并且這三路信號(hào)要彼此有120°的相位差。這部分可以用FPGA或者M(jìn)CU編程實(shí)現(xiàn)，用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)可以非常靈活地實(shí)現(xiàn)各種控制，為本設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)采用單片機(jī)XC164S定時(shí)器硬件來(lái)產(chǎn)生精確的SPWM信號(hào)。定時(shí)器T12配置為循環(huán)模式，通過(guò)改變定時(shí)器的初始值，可以改變PWM的周期，從而可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。同時(shí)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(shí)每路的比較的輸出值設(shè)置成兩個(gè)不同的翻轉(zhuǎn)，這樣就可以控制上下兩個(gè)MOS管的導(dǎo)通，同時(shí)通過(guò)設(shè)置死區(qū)時(shí)間，可以使一個(gè)橋臂上兩只MOS管不同時(shí)導(dǎo)通，保護(hù)MOS管不被損壞。
2．2 MOS管驅(qū)動(dòng)
    對(duì)于這種全橋電路，要驅(qū)動(dòng)下橋臂的MOS管是比較容易的，而要驅(qū)動(dòng)上橋臂的MOS管就要麻煩一點(diǎn)，在這里選用MOS專用驅(qū)動(dòng)芯片一IR211 3來(lái)完成，實(shí)際應(yīng)用的電路如圖2所示。

    在圖2中，Hin、Lin、SD為控制信號(hào)輸入端，分別對(duì)應(yīng)上下橋臂的打開和關(guān)斷以及整個(gè)電路的關(guān)斷。OUT為三相當(dāng)中的一相輸出端。因?yàn)槭侨嗳珮?，所以要做三個(gè)這樣的電路。
    在本設(shè)計(jì)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。基本上可以適應(yīng)大部分應(yīng)用場(chǎng)合的要求。
2．3 驅(qū)動(dòng)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(shí)候，把把高壓的部分和我們SPWM信號(hào)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(lái)實(shí)現(xiàn)隔離是可行的，如果要求較高，這里介紹一個(gè)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(lái)也十分簡(jiǎn)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(fù)載只能用正弦交流電來(lái)供電，那么可以通過(guò)加一個(gè)LC濾波網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
    前面所述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的功能，另外還有過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等模塊，各部分檢測(cè)通過(guò)單片機(jī)的ADC進(jìn)行采集，在發(fā)生工作狀態(tài)異常時(shí)及時(shí)關(guān)斷輸出，保護(hù)電路不被損壞。

4 結(jié)束語(yǔ)
    通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了三相交流電源的基本功能，通過(guò)單片機(jī)的軟件設(shè)置可以調(diào)節(jié)輸出頻率，通過(guò)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(diǎn)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(diǎn)比較實(shí)用。
    (3)可以通過(guò)選用不同型號(hào)參數(shù)的MOS管，來(lái)適用不同的應(yīng)用場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)只要稍改動(dòng)一下軟件就可以用在無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)中。