通常把直流電變成交流電的過程叫做逆變，完成逆變功能的電路稱為逆變電路。本文主要介紹全橋逆變電路的拓撲結構、逆變原理及控制方法、單相逆變的軟件實現思路，并結合simulink、proteus仿真軟件進行仿真驗證。

一、單相全橋逆變器組成原理

1.全橋逆變電路拓撲結構

全橋逆變電路拓撲結構逆變電路工作時，單極性調制和雙極性調制時主要有以下兩種工作狀態：

在單極倍頻調制時，還存在如下兩工作狀態

2.單相逆變器的SPWM調制方式

(1)SPWM調制的基本原理

如果對于交流電，如50HZ的正弦波，我們把它看成是有許許多多的呈階梯狀的直流信號組成 ，這樣我們就可以用許許多多的寬窄不等的脈沖來等效這個正弦波了，從而實現了功率管工作在開關狀態。如果在一個正弦波周期內的脈沖個數比較多，就能精度比較高地通過 LC濾波網絡還原成正弦波，這就是SPWM調制的基本原理。

(2)SPWM調制波的實現方式

SPWM調制波實現方式：在模擬電路里，我們常常用調制基波（正弦波）和載波 （三角波或鋸齒波）的幅值來做比較，幅值高時就輸出高電平或低電平產生SPWM調制波，具體實現方法就是把基波和載波分別輸入到比較器的正反相輸入端

比較器輸出的是占空比變化的矩形波，通過控制全橋電路4個功率管的導通順序以及后級的LC濾波可得到正弦波形。

(3)單相全橋逆變器調制方式

單相全橋逆變器中根據調制策略不同分為單極性調制、雙極性調制和單極性倍頻調制。

全橋逆變電路拓撲結構①單極性調制

單極性調制原理

功率管導通時序圖一般情況下，功率管驅動芯片上管和下管是互補導通的，因此導通時序也可如下圖：

從上面的驅動時序可以看出典型的單極性調制有如下特點:高頻臂Q1,Q2兩個功率管工作在高頻狀態，低頻臂Q3,Q4兩個功率管工作在低頻狀態，只有一半的功率管有開關損耗，和其它4個功率管都工作在高頻狀態的調制方式相比，總的開關損耗只有一半。由此可以知道，高頻臂Q1,Q2兩個功率管工作在高頻狀態，損耗比低頻臂Q3,Q4兩個功率管工作在低頻狀態要高，因發熱比較大，壽命要短。②雙極性調制

雙極性調制原理

功率管導通時序圖雙極性可以看出，SPWM調制4個功率管都工作在高頻載波頻率，因而開關損耗比較大。但其實現方式比較容易，大部分半橋功率管驅動芯片自帶上下管互補導通功能，所以只要給左右橋臂分別通以一對互補的SPWM信號即可實現。
③單極倍頻調制單極性倍頻調制的原理和雙極性調制有類似的地方，只是全橋輸出在沒有濾波之前的波形和功率管的工作頻率變了。它來用采用正弦波和兩路互為反相三角波相比較的方式，當然也可以是兩路互為反相的正弦波和三角波相比較。

單極倍頻調制

功率管導通時序圖從UAB的波形可以看出，兩路雙極性調制經過全橋功率管的疊加之后最終的UAB波形變成了單極性，而且頻率加倍，這就是這種調制方式稱為單極性倍頻調制的原因。這種調制方式波形完美，對各種負載的適應性好，因為倍頻輸出，LC的體積和成本可以比較小，缺點是4個功率管都工作在高頻狀態,因而開關損耗比較大。

二、單相全橋逆變器仿真

仿真采用雙極性調制方式，因為實現方式較其它兩調制方式種更為簡單。

1.SPWM調制波仿真

要實現逆變，首先要有SPWM波形，SPWM波形正弦波和三角波通過比較器得到。在similink中仿真模型如下：

示波器觀測得到：

黃色部分是得到的SPWM調制波形，占空比隨正弦幅值變化，所以仿真是成功的。

2.全橋逆變仿真

總體仿真模型如下：調制產生的路互補SPWM波形為SPWM1和SPWM2，兩路調制波又分別連接同側橋臂的上下管，模擬半橋驅動芯片的上下管互補。

在逆變器中通常采用濾波器來消除逆變器輸出電流諧波，濾波器通常存在三種形式：L 濾波器、LC 濾波器和 LCL 濾波器。本文在此采用 LC 濾波器，LC 濾波器是一種二階濾波器，其濾波效果比 L 型濾波器好，并且在設計和控制上不像LCL 存在固有諧振問題，更加易于穩定。此處逆變器的開關頻率設置為 10k Hz，因此選取 LC 諧振頻率為：

式中：

為基波頻率；

為開關頻率；

為 LC 濾波器的諧振頻率在濾波器電感設計中，當電感選取較大時，能夠有效的抑制電流諧波，但是會影響系統的動態特性，導致電流閉環跟蹤緩慢；當電感選取較小時，電流閉環控制跟蹤性能較好，但是濾除電流諧波能力較弱，因此在電感設計中通常需要折衷考慮兩個方面，電感通常選取幾mH，電容十幾或幾十uf，具體數值需要結合設計參數計算出來。運行仿真得到：逆變波形為50HZ的正弦波

三、SPWM單片機程序實現

通常，逆變電路需要單片機參與進行閉環控制，第一個問題就是如何用單片機產生SPWM波形，下面介紹使用STM32產生SPWM波形。設計目標為載波10Khz，目標正弦波形為50hz。主要思路是利用定時器產生10Khz的PWM波形，每個PWM周期改變一次占空比，從而模擬出SPWM波形。因為無示波器和實物單片機，所以以下操作是基于proteus仿真出來的，實際原理一樣的。

1.CubeMX配置

①配置定時器及中斷

定時器使用高級定時器1，高級定時器帶互補輸出功能。由于我使用的是proteus仿真，單片機主頻設置為了8Mhz。因此定時器配置如下：計數周期：8Mhz / 10Khz = 800 ，因此為800-1=799；72M主頻下同理計算

②開啟定時器1更新中斷

2.SPWM正弦表數據生成

SPWM表格生成工具下載鏈接：點擊跳轉周期點數 ：10Khz / 50 Hz = 200 ，每個正弦波由200個調制PWM波形組成

3.Keil5代碼

①定義查表數據

#define SPWM_N 200 uint16_t SPWM_Cnt = 0; uint16_t SPWM_List[SPWM_N] = { 400,412,425,437,450,462,474,487,499,511,523,535,547,558,570,581, 592,603,614,624,635,645,654,664,673,682,691,700,708,716,723,730, 737,744,750,756,761,767,771,776,780,784,787,790,792,795,796,798, 799,799,800,799,799,798,796,795,792,790,787,784,780,776,771,767, 761,756,750,744,737,730,723,716,708,700,691,682,673,664,654,645, 635,624,614,603,592,581,570,558,547,535,523,511,499,487,474,462, 450,437,425,412,400,387,374,362,349,337,325,312,300,288,276,264, 252,241,229,218,207,196,185,175,164,154,145,135,126,117,108,99, 91,83,76,69,62,55,49,43,38,32,28,23,19,15,12,9,7,4,3,1,0,0,0,0,0, 1,3,4,7,9,12,15,19,23,28,32,38,43,49,55,62,69,76,83,91,99,108,117, 126,135,145,154,164,175,185,196,207,218,229,241,252,264,276,288, 300,312,325,337,349,362,374,387 };

②定時器初始化

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1); //開啟定時器中斷 HAL_TIM_PWM_Start_IT(&htim1,TIM_CHANNEL_1); //開啟PWM輸出 HAL_TIMEx_PWMN_Start_IT(&htim1,TIM_CHANNEL_1); //開啟互補PWM輸出

③中斷回調函數設置

主要功能是每次定時器溢出時，更新比較值，從而改變下一次PWM的占空比。

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if(htim == &htim1) { TIM1->CCR1 = SPWM_List[SPWM_Cnt++]; if(SPWM_Cnt >= SPWM_N) { SPWM_Cnt = 0; } } }

4.protues仿真觀測波形

仿真模型如下：

波形觀測如下：黃色波形與藍色波形為調制SPWM波形，兩者電平互補，粉色波形為黃色波形的單位面積等效。實際要得到粉色50HZ正弦波需要將SPWM通過全橋電路和LC濾波后得到。

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