PIC16F877A单片机单相逆变器研究+电路原理图(4)
4.硬件设计4.1主电路设计
主电路及过流检测电路的工作原理图如图8所示，包括整流滤波电路、单相全桥逆变电路和LC滤波电路。整流滤波电路将输入的单相交流电变成直流电，再经电容的滤波形成纹波较小的直流电。全桥逆变电路将直流电变成正弦交流电，经过LC滤波电路后得到失真很小的正弦波。此外为了保证安全，在交流电的输入端接一5A的保险丝。
由于输入的交流电可达到220V，所以整流二极管耐压必须大于630V，滤波电容的耐压必须大于400V，整流二极管允许通过的电流应足够大；本系统选用的整流二极管为6A10，其耐压达到1000V，允许通过的最大电流为6A，基本满足要求。
场效应管IRF840属于电压型控制器件，可通过给门极相应的驱动信号来控制器件的导通与截止，内部含有体二极管，可以起到续流和反馈的作用。
电路中各场效应管的栅极控制信号和输出电压的波形如图9所示，负载为感性负载，工作时IG1和IG4的控制信号完全相同，IG2和IG3的控制信号完全相同。IG1和IG2的通断状态互补，IG3和IG4的通断状态也互补。电路的工作原理[2]是：当IG1、IG4导通时，IG2、IG3截止；当IG2、IG3导通时，IG1、IG4截止，每个PWM周期中IG1、IG4与 IG2、IG3交替导通截止，从而产生双极性的SPWM波。如此通过控制开关管的工作状态，使得输出脉冲的宽度按正弦规律变化，和正弦波等效，输出即为单相双极性正弦波。若要改变输出正弦波的大小，则只要按照同一调制率改变上述各脉冲的宽度即可。
通过对主电路待测电阻的电流检测，若出现过流故障，通过光耦三极管TLP521将检测信号传送到单片机处理，并对SPWM信号进行硬件封锁和软件封锁。为了确保TLP521的工作电流为10mA~15mA，要使其内部三极管正常工作应接入一个10K的上拉电阻。
4.2驱动电路设计
驱动电路的工作原理图如图10所示：采用四路高速光耦隔离器HCPL3120来分别驱动H桥的四个MOS管及实现控制信号与主电路的IO隔离，当信号输入端QG1或QG2为低电平时，芯片内部的光耦三极管导通，6脚和7脚相接可以产生2A的电流，在此处接入下拉电阻目的是为了拉低该处电压，防止在MOS管不工作时候对应的驱动管脚悬空，从而收到其它脉冲的干扰，导致管子误触发。此外， 起限流作用， 和二极管 是为了让启动速度慢，关断时间快，有助于保护MOS管。
4.3自举电路设计
由于驱动四个MOS管工作都需要独立电源，为了不使电路结构复杂，故采用自举电路来提供。当下管导通时，输入15V电压通过快恢复二极管、电容、下管形成回路，向相应的电容充电，电容上的电压达到充电电压；下管断开时，电容的上电压文持充电电压，负端的电位跟随下管的电压上升，自己将电位举起，这样电容上的电压就可以为上管驱动提供电源。
4.4 死区电路设计
为了防止上下管同时导通，必需设计死区电路来进行保护，死区电路如图12所示；单片机输出的SPWM信号，由CD4001或非门和RC延时环节构成死区时间为高电平有效的带死区信号。单片机输出的SPWM信号分两路，一路信号经RC单边沿延迟再和输入信号或非生成信号P1，另一路信号先取反再经RC单边沿延迟后再和取反信号或非生成信号P2。为了使上下管有足够的保护时间，信号脉冲的前后边沿死区时间要求必需大于10uS，一般取为 ，根据RC延时时间计算公式 ,则取得 ， 。
4.5 硬软件保护电路设计
由于主电路出现故障时，应立即封锁SPWM控制信号来保护主电路。故应设计一个由数字逻辑电路和手动开关相结合的保护电路。由于主电路只有一路的过流判断，在过流时会不停的脉动，不能完全封锁SPWM控制信号，故设计时还应另加一路软件保护来同时进行信号的判断，从而让单片机来封锁SPWM控制信号。自锁开关M为手动封锁SPWM控制信号开关，当自锁开关未按下时，控制信号输出端QG1、QG2输出为高电平，即无效信号，使主电路不工作。此电路还有一作用是：在系统上电时，封锁了SPWM控制信号，对主电路起到上电保护作用。