伟德体育:使用Arduino制作一个简单的纯正弦波逆变器

发布时间:2022-10-06 11:02:46 来源:伟德体育平台 作者:伟德体育投注

  的情况下,通常需要。逆变器电路用于将直流电转换为交流电,可分为纯正弦波逆变器和改进方波逆变器两种类型。这些纯正弦波逆变器非常昂贵,而改进的方波逆变器价格低廉。在此处了解有关 不同类型逆变器的更多信息 。在这篇文章中,我将使用

  顾名思义,SPWM代表S正弦脉冲宽度调制。_ 您可能已经知道,PWM 信号是一种信号,我们可以在其中改变脉冲的频率以及开启时间和关闭时间,也称为占空比。如果您想了解有关 PWM的更多信息,可以在此处阅读。因此,通过改变占空比,我们改变了脉冲的平均电压。下图显示——

  如果我们考虑一个在 0-5V 之间切换且占空比为 100%的PWM 信号,我们将获得 5V 的平均输出电压,同样如果我们考虑占空比为 50% 的相同信号,我们将得到2.5V 的输出电压,对于 25% 的占空比,它是那个的一半。总结了PWM信号的基本原理,接下来我们就可以了解SPWM信号的基本原理了。

  正弦电压主要是一种模拟电压,它会随着时间的推移改变其幅度,我们可以通过不断改变 PWM 波的占空比来重现正弦波的这种行为,下图显示了这一点。

  如果您查看下面的示意图,它将看到在变压器的输出端连接了一个电容器。该电容器负责从载波频率中平滑交流信号。

  利用的输入信号将根据输入信号 和负载对电容器进行充电和放电。由于我们使用了一个非常高频的SPWM信号,它会有一个非常小的占空比,大概是1%,这个1%的占空比会给电容充电一点,下一个占空比是5%,这会再次充电电容器再多一点,接下来的脉冲将有 10% 的占空比,电容器将再充电一点,我们将施加信号,直到我们达到100% 的占空比,然后从那里返回到 1%。这将在输出端创建一个非常平滑的曲线,如正弦波。 因此,通过在输入端提供适当的占空比值,我们将在输出端获得非常正弦的波形。

  上图显示了 SPWM 逆变器的主要驱动部分,如您所见,我们使用了两个半桥配置的N 沟道MOSFET来驱动该电路的变压器,以减少不必要的开关噪声并保护 MOSFET ,我们使用了与 MOSFET 并联的 1N5819二极管。为了减少栅极部分产生的任何有害尖峰,我们使用了与 1N4148 二极管并联的 4.7 欧姆电阻。最后,BD139 和 BD 140晶体管配置为推挽式配置 驱动 MOSFET 的栅极,因为该 MOSFET 具有非常高的栅极电容,并且基极需要至少 10V 才能正常开启。在此处了解有关推挽式放大器工作原理的更多信息。

  为了更好地理解电路的工作原理,我们将其缩小到 MOSFET 的这一部分为 ON 的程度。当MOSFET导通电流时,先流过变压器,然后被MOSFET接地,这样在电流流动的方向上也会感应出磁通量,变压器的铁芯会通过磁通量在次级绕组中,我们将在输出端获得正弦信号的正半周期。

  在下一个循环中,电路的底部在电路的顶部,这就是我移除顶部的原因,现在电流以相反的方向流动并在该方向产生磁通量,从而反转磁芯中磁通量的方向。在此处了解有关MOSFET工作原理的更多信息。

  现在,我们都知道变压器是靠磁通量变化来工作的。因此,打开和关闭 MOSFET,一个倒置到另一个并在一秒钟内执行 50 次,将在变压器铁芯内产生良好的振荡磁通量,而变化的磁通量将在次级线圈中感应出电压,如我们知道法拉第定律。这就是基本逆变器的工作原理。

  对于这个演示,电路是在 Veroboard 上构建的,借助原理图,在变压器的输出端,会有大量的电流流过连接,因此连接跳线需要尽可能厚。

  在我们开始理解代码之前,让我们先弄清楚基础知识。通过以上工作原理,您已经了解了PWM 信号在输出端的样子,现在的问题是我们如何在 Arduino 的输出引脚上产生如此变化的波形。

  为了产生变化的 PWM 信号,我们将使用16 位定时器1 ,预分频器设置为 1,如果我们考虑正弦波的单个半周期,这将为每个计数提供 1600/16000000 = 0.1ms 时间,在波的半个周期内恰好适合 100 次。简单来说,我们将能够对正弦波进行 200 次采样。

  接下来,我们必须将我们的正弦波分成 200 段,并根据幅度的相关性计算它们的值。接下来,我们必须将这些值与计数器限制相乘,将其转换为定时器计数器值。最后,我们必须将这些值放入查找表中以将其提供给计数器,我们将获得正弦波。

  为了让事情更简单一点,我使用了一个来自GitHub的非常好的 SPWM 代码,它是由Kurt Hutten编写的。

  接下来,在设置部分,我们初始化定时器计数器控制寄存器以清除每个寄存器。如需更多信息,您需要查看 atmega328 IC 的数据表。

  之后,我们使用预定义的值 16000 初始化输入捕获寄存器,因为这将帮助我们准确生成 200 个样本。

  接下来,我们定义了TImer1 溢出向量,一旦TImer1 溢出并产生中断,这个中断函数就会被调用。

  接下来,我们将一些局部变量声明为静态变量,并开始将这些值提供给捕获和比较电阻器。

  最后,我们预先增加计数器以将下一个值提供给捕获和比较电阻器,这标志着这段代码的结束。

  一旦我上传了代码。我测量了Arduino两个引脚的输出 SPWM 信号,如下图所示,

  // 查找每个有 200 个条目的表,标准化为最大值 1600,这是加载到寄存器 ICR1 的 PWM 周期。

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