摘要采用單相在線式不間斷電源設(shè)計方案，原理是交流到直流再到交流的過程，其核心設(shè)備是單相全橋逆變電路，通過STM32單片機產(chǎn)生SPWM控制，通過將儲能設(shè)備作為市電電網(wǎng)斷電故障輔助應(yīng)急電源,在市電電源出現(xiàn)不穩(wěn)定或者中斷，通過單相全橋逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換成恒定頻率的電壓繼續(xù)向負載設(shè)備供電，當市電無故障問題僅作為穩(wěn)壓設(shè)備。不間斷電源（不間斷電源）主要由變壓器降壓整流濾波電路，切換電路，單相全橋逆變電路，檢測電路組成。變壓器降壓整流濾波電路實現(xiàn)市電降壓成單相脈沖直流電并穩(wěn)壓后濾除電網(wǎng)中產(chǎn)生的電涌，高壓尖脈沖，過電壓，輸出至逆變器并同時對儲能設(shè)備充電，在市電電網(wǎng)出現(xiàn)故障切換備用電源輸出，逆變電路將直流電逆變成符合負載設(shè)備需要的220V50Hz的要求。關(guān)鍵詞：不間斷（不間斷電源）;電源技術(shù)；逆變電路；STM32；SPWM;第1章緒論UPS（Uninterruptiblepowersupply/UninterruptiblePowerSystem）即不間斷電源，是一種儲能設(shè)備，含有蓄電池裝置，是隨著計算機的發(fā)展促進不間斷電源在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用于交通運輸行業(yè)，金融業(yè)，互聯(lián)網(wǎng)信息行業(yè)，移動通訊行業(yè)，醫(yī)院等中的計算機系統(tǒng)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備，提供低失真，頻率恒定，精度好的正弦波電源，保證電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定輸出，保證設(shè)備長期平穩(wěn)安全運行，防止市電電網(wǎng)中突然出現(xiàn)的斷電，供電設(shè)備故障，以及瞬時產(chǎn)生的電涌，高壓尖脈沖，過壓，電壓下陷等問題對用戶設(shè)備尤其電網(wǎng)中不穩(wěn)定電壓會對精密設(shè)備造成實質(zhì)性傷害。不間斷不間斷電源，通過切換設(shè)備并行于市電電網(wǎng)和負載設(shè)備之間，其基本功能是市電無故障運行時，僅對對進入的市電電網(wǎng)進行整流濾波，濾掉電網(wǎng)中的出現(xiàn)的干擾不穩(wěn)定因素，并對蓄能設(shè)備進行蓄電，保證設(shè)備在市電電網(wǎng)出現(xiàn)干擾或者臨時故障電力中斷時，還能對負載設(shè)備進行供電，保證不間斷電力供應(yīng)，防止出現(xiàn)設(shè)備斷電，造成用戶影響甚至出現(xiàn)設(shè)備因斷電出現(xiàn)故障，確保設(shè)備長期穩(wěn)定高效運行。第2章不間斷電源方案設(shè)計2.1負載不間斷電源的原因（1）市電電網(wǎng)供電所出現(xiàn)故障，導(dǎo)致斷電，如：輸配電線路損壞，變壓器過載短路，自然災(zāi)害引起的市電電源中斷；（2）由市電電網(wǎng)中高次諧波，瞬間電涌，過壓欠壓引起的斷路器跳閘；（3）臨時電網(wǎng)檢修；上述三種是常見引起電網(wǎng)電源斷電現(xiàn)象，第一第二種是無法臨時預(yù)料和避免的，而第三種，是可預(yù)見，但無法改變的。設(shè)計方案應(yīng)針對上述原因入手解決問題。2.2工作原理本設(shè)計方案采用單相在線式不間斷設(shè)計方案，通過采用意法半導(dǎo)體公司的ARM架構(gòu)的STM32F103單片機作為主控制器，采用單片機采樣電路采樣后生成兩路互補PWM序列，驅(qū)動半橋上下臂的開關(guān)，添加死區(qū)，防止上下橋臂相互導(dǎo)通，從而控制全橋逆變輸出，當市電不直接供電給負載，均通過逆變電路逆變后提供于負載設(shè)備。市電電源為單相交流電220V電壓，通過不間斷設(shè)備內(nèi)部降壓整流成單相脈沖直流電12V電壓，同時給儲能設(shè)備蓄電池進行充電，保證設(shè)備在市電出現(xiàn)故障或中斷時，提供充足電力，在繼電器檢測市電電源故障或中斷時，自動切換設(shè)備由備用電源蓄電池通過單相全橋逆變驅(qū)動電路，通過主控制器MCU通過兩路互補SPWM調(diào)節(jié)上下橋臂開關(guān)，實現(xiàn)上下橋臂PWM信號互補，通過添加死區(qū)，防止上下橋直通，采用LC電路，獲得一個高質(zhì)量平滑的正弦波形，從而輸出一個高質(zhì)量恒壓恒頻的正弦交流電源至負載設(shè)備，以保證負載設(shè)備能正常工作，使負載設(shè)備不受市電電網(wǎng)影響，達到輸出電壓穩(wěn)定的要求，如圖4。圖4工作原理框圖2.3系統(tǒng)整體設(shè)計該STM32為核心的不間斷電源，需要滿足穩(wěn)定可靠的電源輸出，即電源輸出的電壓和頻率需要符合負載設(shè)備的輸入要求，同時保持電源的持續(xù)穩(wěn)定不間斷輸出。設(shè)計的重點就在于：（1）轉(zhuǎn)換電路需要在市電電網(wǎng)中斷時，自動切換備用電源；（2）STM32通過輸出的PWM控制逆變器輸出恒定電壓恒定頻率。逆變電路是整個不間斷系統(tǒng)的核心部分，是保證負載設(shè)備能否正常工作的關(guān)鍵，逆變電路是把蓄電池電能或市電電源降壓的單相直流電通過全橋逆變電路輸出交流電，通過電路輸出檢測采樣，調(diào)節(jié)單片機主控制器生產(chǎn)相應(yīng)的PWM序列驅(qū)動半橋上下橋臂的導(dǎo)通，保證輸出高質(zhì)量的正弦波電流給負載設(shè)備。圖5整體設(shè)計總體框圖2.4降壓整流濾波電路降壓整流濾波電路采用全橋整流電路，優(yōu)點相較于半橋工作模式，利用率得到提高，各二極管承受到的反向電壓為變壓器二次電壓的最大值，工作原理是全橋整流電路采用四個二極管構(gòu)成，通過二極管相互對接，利用二極管單相導(dǎo)通性對交流電進行整流。利用四個二極管相互對接，其中兩個二極管相互對接，兩個二極管相互反接，利用單向?qū)щ娦赃M行整流，在輸入正弦波正半部分，兩只管導(dǎo)通，輸出電流正極，在輸入正弦波負半部分，兩只管導(dǎo)通，另兩只管不通，輸出電流正極，因此得到一個單相脈沖直流電。橋式整流電路克服了全波整流電路的要求變壓器存在中心抽頭與二極管之間的反壓較大的缺點，是對半波整流的改進。降壓整流濾波電路由變壓器和四個同型號整流二極管以及電解電容構(gòu)成。橋式整流電路的工作原理如下：（1）在變壓器E2為正半周的情況下，電流通過D1,D3從上往下流經(jīng)電阻R形成上下負的半波整流電壓，形成正電壓；（2）在變壓器E2為負半周的情況下，電流通過D2,D4從下往上流經(jīng)電阻R形成上下負的半波整流電壓，形成正電壓。在正負半周交替循環(huán)，可以得到全波整流單相脈沖直流電。圖6橋式整流原理圖本降壓整流濾波電路，通過變壓器T1將市電電源單相交流電220V電壓降低成整流電路所需電壓交流24V，通過全橋整流電路，采用型號為1N5391整流二極管構(gòu)成整流橋，對變壓器輸出的24V交流電進行直流整流，交流電經(jīng)過整流橋整流后輸出單相直流電，由于該整流電路中的電壓存在較大的脈沖，需要采用一個電解電容進行濾波，采用一個35V2200μF電容C1并聯(lián)與電路中，濾除電壓中高次諧波和脈沖，降低脈沖對直流電的影響。圖7降壓整流濾波原理圖2.5直流降壓電路直流降壓電路采用LM2596芯片進行整體直流降壓穩(wěn)壓，通過電位器調(diào)節(jié)得到所需要蓄電池充電輸入所需要的直流電壓12V，LM2596芯片相比于線性穩(wěn)壓IC，工作效率較高，發(fā)熱量小，可調(diào)節(jié)輸出范圍大，具有較好的線性和負載調(diào)節(jié)特性，能夠輸出驅(qū)動電流3A，常用于直流降壓電路。直流降壓電路由LM2596降壓模塊和整流二極管、電容、可調(diào)節(jié)電位器組成。LM2596工作做原理：LM2596開關(guān)電源調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，可調(diào)節(jié)范圍小于37V的各種電壓。該器件內(nèi)部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，其中包含150KHZ振蕩器、1.23V基準穩(wěn)壓電路、熱關(guān)斷電路、功率限制電路、放大器、比較器和內(nèi)部穩(wěn)壓電路等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8。在額定的輸入和額定輸出下,LM2596具有±4%的輸入和負載電壓容差與±15%的振蕩器頻率容差。還具備外部開啟或切換的功能,待機電流的典型值一般是80μA。自保護特點主要是由于兩級頻率下降低了輸出開關(guān)電流的限制,以及提供完全過熱保護的過熱開關(guān)斷電能力。可以直接采用電感,降低器件的布局，使用少量器件就能使用LM2596進行輸出，能更加高效的利用LM2596進行降壓處理。表1LM2596引腳功能圖引腳名稱功能VINIC開關(guān)電源直流電源電壓輸入端，引腳上必須有合適的輸入旁路電容器，以將電壓瞬變降至最低，并為調(diào)整器提供所需的開關(guān)電流，其最高值可達40V，最低值為4.5VOUTPUT內(nèi)部開關(guān)，直流電壓輸出端，開關(guān)管發(fā)射極開路輸出端。最高輸出為37V，最低值為1.2VGND輸入輸出公共接地端FEEDBACK一個穩(wěn)壓讀取的電壓輸入端,感測調(diào)整后的輸出電壓以完成反饋回路此腳通常接觸到輸入的電壓,并且通過IC內(nèi)部的分壓網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測到輸入電壓變化。當一個振蕩器輸出的電壓增大或者是減小時,該腳的電壓按照一定的比例對其進行了增大或者是減小,經(jīng)與內(nèi)部的基準穩(wěn)壓值1.23V相對應(yīng)地進行了比較,內(nèi)部的放大器就能夠自動地調(diào)節(jié)振蕩器輸出的占空比,使得振蕩器輸出的電壓也沒有所減小或者是增大。從而能夠通過額定地達到使得輸入的電壓繼續(xù)穩(wěn)定地工作;/ON/OFF：是使能控制端,允許使用一個邏輯信號來關(guān)閉整個開關(guān)穩(wěn)壓器的電路,從而將總輸入的電源和電流下降至大約80μA,控制著整個輸出端電壓的是否有無,將此引腳拉到大約1.3V的閾值輸入電壓以下會自動打開調(diào)整器,而將此引腳拉到1.3V以上(最高可達25V)將關(guān)閉調(diào)整器。如果不滿足此次的關(guān)機功能,則開/關(guān)引腳既可以通過一個接線轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的接地引腳,也就是可以繼續(xù)保持啟動和關(guān)閉的狀態(tài)。在任何一種條件下,調(diào)節(jié)器都會保持在ON的狀態(tài)。圖8LM2596內(nèi)部原理圖直流降壓電路采用LM2596開關(guān)電源調(diào)節(jié)器，輸入直流電24V經(jīng)一個電容C2100uF/50V、C3整流濾波，濾掉不穩(wěn)定雜流，再通過LM2596IC芯片降壓，通過電位器調(diào)節(jié)輸出電壓值，通過并聯(lián)整流二極管和電感L1調(diào)節(jié)電位器RA1輸出幅值為12V電壓，在通過電容C4、C5220uF/35V，耐壓值大于35V、C6對電路進行瞬間整流，濾波，抑制較高頻率電磁波干擾，讓直流電源變得純凈，反向隔離電源，對交流信號進行隔離，使輸出電流均勻平穩(wěn)。圖9直流降壓電路原理圖2.6切換電路采用繼電器控制市電電源與備用電源切換，當電網(wǎng)正常運轉(zhuǎn)時，備用電源處于關(guān)閉狀態(tài)，不提供電流輸出，由電網(wǎng)通過逆變電路輸出至負載設(shè)備，正常電源出現(xiàn)故障中斷自動切換儲能設(shè)備對負載設(shè)備進行逆變輸出供電，保障負載設(shè)備正常工作不斷電。繼電器工作原理：繼電器內(nèi)部分別包含一個常開觸點和一個常閉觸點,市電電源接入一個常開觸點,當有一個電流經(jīng)過時,常開觸點自動閉合,繼電器吸合工作,備用電源不工作,當一個市電網(wǎng)出現(xiàn)故障或斷電時,常開觸點自動停止斷開,自動吸合常閉觸點,備用電源就會開始向逆變器輸送一個電流,經(jīng)常閉觸點逆變后變成一個交流電提供給高負載的設(shè)備,保證了該設(shè)備的正常運行,所以該設(shè)備用電源就是通過接觸器的線圈走繼電器的常閉觸點進行工作,而在正常工作電源則是通過接觸器的線圈走繼電器的常閉觸點進行工作。2.7單相全橋逆變電路與驅(qū)動電路單相全橋逆變電路是由四個MOSFET-N管和驅(qū)動輔助電路構(gòu)成，單相全橋逆變電路是整個不間斷電源的核心部分，負責經(jīng)過整流濾波后市電電源和蓄電池備用電源的直流電轉(zhuǎn)換成符合負載設(shè)備需要的額定電壓，恒定頻率、精度高、失真度小的高質(zhì)量正弦波電源，讓負載正常工作。驅(qū)動電路采用IR2104半橋驅(qū)動內(nèi)置死區(qū)，與全橋電路產(chǎn)生互補的PWM波。電路原理圖如圖10所示。圖10全橋逆變與驅(qū)動電路圖2.7.1單相全橋逆變電路單相全橋電路由四個場效應(yīng)管組成，型號為IRF540N構(gòu)成。IRF540N是以金屬層的柵極隔著氧化層利用電場的效應(yīng)來控制半導(dǎo)體的場效應(yīng)晶體管。通過柵極電壓控制漏極電流，MOS管是壓控器件它通過加在柵極上的電壓控制器件的特性，所需驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高、無存儲效應(yīng)等特點，MOS管內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖11。圖11MOS管的工作原理圖10中D3、D4、D6、D7是四個型號為FR107場效應(yīng)管的續(xù)流二極管,反向恢復(fù)時間250ns，最大正向電度流1A，反向耐壓1000V。FR107屬于快速恢復(fù)二極管，能消除逆變電路中場效應(yīng)管關(guān)斷產(chǎn)生的反向電動勢對場效應(yīng)管造成損壞。單相全橋逆變電路工作的基本原理：1.如圖12，Q1，Q4和Q2，Q3分別組成一對半橋，D1、D2、D3、D4是四個場效應(yīng)管的續(xù)流二極管，對電流起到續(xù)流作用。2.當Q1，Q4工作時，基極控制脈沖都為高電平時，Q1，Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)，極性左正右負，輸出電壓為正。3.當Q2，Q3基極控制脈沖都為高電平時，Q2，Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)，極性左負右正，輸出電壓為負。通過改變工作頻率，使MOS管Q1，Q4和Q2，Q3分別處于一開一關(guān)狀態(tài)，分別相互交替導(dǎo)通，兩個橋臂A相B相相位相差180度，輸出正弦交流電，這時需要續(xù)流二極管，對電流起到續(xù)流作用。圖12單相全橋逆變電路原理只要控制四個MOS管的分別處于不同的導(dǎo)通狀態(tài)就可以得到一個交替變化的電壓值，但由于MOS管不斷處于開閉狀態(tài)，會產(chǎn)生干擾電流輸出的高頻諧波，需要采用整流濾波LC電路，結(jié)構(gòu)簡單，通過電感電容將電流調(diào)平，對多個諧波進行濾波，降低整流電壓脈沖，獲得較為平滑的正弦波形。2.7.2全橋逆變器驅(qū)動電路由于采用了橋式MOSFET作為控制電流交替變化輸出，上下管均為N-MOS，采用IR2104芯片作為全橋逆變器的驅(qū)動電路，在驅(qū)動MOSFET-N管時能提供較大的柵極驅(qū)動電流，IR2104芯片能與全橋電路中點電壓的浮動性產(chǎn)生互補且存在死區(qū)間隔的PWM波。要保證輸出電壓的穩(wěn)定，需要IR2104芯片的VCC于VDD前分別增加一個普通電容和一個電解電容進行濾波。圖13半橋臂驅(qū)動電路圖利用半橋驅(qū)動芯片驅(qū)動上下橋電路，通過外接二極管和電容給內(nèi)部電路充電，提高MOS管的驅(qū)動電壓，分別通過HO口驅(qū)動上橋臂和LO口驅(qū)動下橋臂，MOS管存在寄生電容需要串聯(lián)一個電阻，是限制G極地電流，抑制震蕩，減少震蕩電路Q值，防止電路故障。圖14IR2104引腳分配圖表2IR2104引腳功能圖引腳號引腳名稱功能1VCC低壓側(cè)和邏輯固定供電電源，電源10V-20V2IN高側(cè)和低側(cè)柵極驅(qū)動器輸出，邏輯輸入3/SD用于關(guān)斷邏輯輸入，低電平有效，低電平時上下管均處于關(guān)閉狀態(tài)4COM公共接地端5LO低側(cè)柵極驅(qū)動輸出，與IN取反6VS高側(cè)浮動電源返回7HO高側(cè)柵極驅(qū)動輸出，與IN相同8VB高側(cè)浮動電源圖15IR2104內(nèi)部邏輯原理圖IR2104芯片具有較大的驅(qū)動能力，可驅(qū)動600伏的高側(cè)配置MOSFET-N工作；柵極驅(qū)動電壓范圍從10到20V；內(nèi)部能在上半橋關(guān)斷后，延遲一段時間再打開下半橋或在下半橋關(guān)斷后，延遲一段時間再打開上半橋，從而避免功率元器件燒毀；耐負瞬態(tài)電壓。IR2104芯片工作原理：IR2104的控制信號來自IN與／SD端，應(yīng)保持／SD端持續(xù)處于高電平，HO=IN；LO取反IN，PWM輸出將持續(xù)是高電平，當／SD處于低電平，不管IN輸入什么，HO和LO都為0。當信號輸入IN端，內(nèi)部會進入死區(qū)時間設(shè)置，同/SD一起經(jīng)過與非門，經(jīng)過推挽輸出電流。采用推挽輸出能提高PWM波的上升與下降時間。2.8電流檢測電路電流檢測電路采用霍爾IC電流傳感器芯片ACS712，具有準確的低偏置線性,可以直接檢測交流電流和直流電流,傳感器電路和其之間的一條位于附近的銅傳導(dǎo)路徑圖表面的霍爾IC電路是相同一個小片,施加電流,使電流流經(jīng)銅制電路路徑產(chǎn)生磁場，能被集成霍爾IC進行電磁感應(yīng),被集成霍爾IC轉(zhuǎn)換為相同的比例和電壓,準確地集成了比例和電壓,它們都是由高度穩(wěn)態(tài)斬波式BiCMOS霍爾IC進行設(shè)計和提供。串聯(lián)在電流回路中,外圍電路簡單,帶抑制干擾,無需檢測電阻,具有80~120KHz的帶寬,電容取值大,帶寬小,噪聲小,適合于對精度要求不高的場合，內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖16。圖16ACS712內(nèi)部邏輯原理圖圖17ACS712引腳圖表3ACS712引腳功能圖引腳號引腳名稱功能1IP+電流感測輸出端，輸入端；內(nèi)部熔斷23IP-電流感測輸出端，輸入端；內(nèi)部熔斷45GND輸入輸出公共接地端6FILTER設(shè)置帶寬的外部電容器終端7VIOUT模擬信號輸出8VCC設(shè)備供電電源ACS712芯片由銅電流路徑選擇和低偏置線性霍爾傳感器電路組成。如圖18所示，當我們在接口中通過一條專門用于對銅制待測電流的感測接口路徑是兩條銅傳導(dǎo)待測電流的路徑,通過輸入端IP+與輸出端IP-構(gòu)成回路，銅制待測電流的輸入端路徑與管腳GND至管腳VCC分別為電氣絕緣,使得銅制電流路徑產(chǎn)生了一個感應(yīng)磁場,能被集成霍爾IC對其進行感應(yīng),在霍爾IC中集成并感應(yīng)。它可以集成并轉(zhuǎn)換為一定比例的電壓，管腳6FILTER外接一個電容與GND接地，管腳VIOUT通過并聯(lián)一個10K電阻和一個整流二極管1N4007，用于整流和消除輸出的雜流和穩(wěn)定輸出，管腳VCC提供一個5V電壓輸入。圖18電流檢測原理圖2.9電壓檢測電路電壓檢測電路采用四個整流二極管1N4007進行全橋整流，后電壓分壓，將檢測到的電流信號與整流后的信號進行對比，將結(jié)果輸出至STM32單片機。通過電容C與電阻R濾除諧波，通過電位器調(diào)節(jié)電壓值大小。STM32單片機需要加入鉗位電路，并入一個3V穩(wěn)壓管，使轉(zhuǎn)換入口電壓保持在3V以下，維持單片機AD轉(zhuǎn)換輸入口的電壓，防止STM32單片機I/O受到超過3.3V以上電流，擊穿STM32單片機I/O。圖19電壓檢測電路第3章SPWM調(diào)制3.1概述不間斷不間斷電源是通過不同負載，使用變壓器和逆變電路，穩(wěn)壓電路來實現(xiàn)電流輸出的穩(wěn)定，現(xiàn)在常用的是通過使用SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation)算法，SPWM全名稱是正弦波脈沖幅度調(diào)，原理為通過在每個開關(guān)周期對正弦參考波采樣，將三角波作為載波，將采樣值和三角波比較，采用面積等效原理，通過正弦參考波與三角波生成PWM序列，驅(qū)動IR2104半橋芯片控制上半橋臂和下半橋臂導(dǎo)通時間相反，上下橋臂PWM信號互補，導(dǎo)通上橋臂時，下橋臂關(guān)閉，反之，導(dǎo)通下橋臂時，上橋臂關(guān)閉，讓上下橋臂的A相B相正弦參考波相位相差180度，通過改變脈沖電壓面積與參考波面積相等，改變調(diào)制波頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。3.2單片機正弦脈沖寬度調(diào)制ARMSTM32單片機通過使用正弦脈沖寬度調(diào)制等效面積原理，通過MCU提供SPWM信號，驅(qū)動H橋的場效應(yīng)MOS管，將正弦波等效成一組按照正弦規(guī)律變化等幅不等寬的矩形脈沖信號，其脈沖寬度是由正弦波和三角波自然相交生成的，調(diào)節(jié)載波頻率，就能控制輸出PWM頻率的變化，調(diào)控調(diào)制波幅值，改變正弦交流電幅值的變化輸出，調(diào)控波形頻率，就能改變交流電的頻率變化，從而達到控制逆變電路。SPWM逆變器具有以下特點：（1）該電路結(jié)構(gòu)簡單，主電路結(jié)構(gòu)與方波逆變器相同，但僅需半個功率電平就可直接實現(xiàn)輸出電壓、頻率、相位等信號的自動調(diào)節(jié)。（2）可以使用不可控整流橋，使系統(tǒng)對電網(wǎng)的功率因數(shù)與逆變器輸出電壓值無關(guān)；（3）可以同時進行調(diào)頻、調(diào)壓，與支流環(huán)節(jié)的原件參數(shù)無關(guān)，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度無關(guān)；（4）它們可以從載波兩側(cè)都能夠獲得極小的諧波含量,理論上這些諧波都是分布在載波兩側(cè)的。3.3SPWM算法的實現(xiàn)采用計算程序所需要的時間，利用查表法生成SPWM波形，通過不斷計算到相對應(yīng)數(shù)據(jù)。查表就是通過比較輸入與實際數(shù)據(jù)，然后通過函數(shù)的運算直接求出關(guān)鍵字所在的地址，將比較后的對應(yīng)值進行輸出，便得到脈沖對應(yīng)的地址。圖20程序設(shè)計流程圖單片機輸出PWM是通過占空比實現(xiàn)正弦交流正負輸出，需要通過查找正弦表值得出寄存器ARR偏置，得出寄存器ARR的偏置是0.5，當占空比大于此值是輸出正弦交流正半周，反之，當占空比小于此值是輸出正弦交流負半周，得到一個完整的正弦波。LC濾波器的截止頻率約為開關(guān)頻率的1/10~1/5，LC濾波器的截止頻率約為3K，在逆變電路輸出波形中存在干擾諧振諧波，需要保證逆變電路輸出穩(wěn)定波形，而抑制干擾的對輸出的波形影響，需要增加一個濾波電路進行濾波。諧振頻率：ω=（3-1）阻尼比為：ξ（3-2）濾波器截止頻率為：f（3-3）輸出正弦波頻率為：f（3-4）ξ:阻尼系數(shù)R:負載ω：角頻率N:正弦波一周期內(nèi)采樣數(shù)，也即正弦表數(shù)組中數(shù)的總數(shù)可知，當截止頻率越小，濾波電路濾除干擾諧波的能力越強，PWM需要驅(qū)動生成正弦波頻率，設(shè)計的開關(guān)頻率需要大于15kHz，輸出正弦波頻率，選型采用30kHZ的開關(guān)頻率。通過采用STM32F103103RCT6單片機通過設(shè)計使用端口PA6,PA7產(chǎn)生兩路互補的30KHz的SPWM。通過定時器中斷來更新比較寄存器CCR的值，以使PWM的脈寬按正弦規(guī)律變化。如果需要調(diào)壓，可以將正弦表值乘以一小于1.0的調(diào)壓系數(shù)，需要注意的是單片機的正弦表是按單極性計算出來。第4章軟件設(shè)計和實驗結(jié)果分析4.1開發(fā)環(huán)境介紹軟件采用KeilMDK開發(fā)版本，MDK-ARM軟件為基于Cortex-M、Cortex-R4、ARM7、ARM9處理器設(shè)備提供的一個完整的開發(fā)環(huán)境，MDK-ARM專為微控制器應(yīng)而設(shè)計，能夠滿足大多數(shù)苛刻的嵌入式應(yīng)用。不間斷電源主控制器采用STM32F103RCT6單片機，STM32系列單片機是意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics,ST）公司基于ARMCortex-M332位的RISC內(nèi)核處理器，工作頻率為72Mhz，內(nèi)置豐富增強I/O端口和連接到兩條APB總線外設(shè)，芯片集成眾多接口，擁有3個12位ADC、4個通用16位定時器和2個PWM定時器、2個I2C和2個I2S、3個SPI、1個SDIO、5個USART、1個USB和1個CAN。定時器作用是通過外部參考波采樣值與載波三角波生成PWM序列,通過采用定時器TIM2、TIM3通過采樣電路采樣后，添加死區(qū)，防止上下橋臂同時導(dǎo)通，從而實現(xiàn)上下橋臂PWM信號互補，生成的PWM序列分別驅(qū)動2個IR2104半橋芯片控制上下橋臂開關(guān)導(dǎo)通，實現(xiàn)正弦波的輸出。4.2程序設(shè)計不間斷電源程序包括主程序,初始化程序和中斷程序三部分。主程序通過調(diào)用一個子程序?qū)崿F(xiàn)功能。定時器初始化、ADC初始化、外部中斷初始化后，當AD開始采集信息，將轉(zhuǎn)換后的值存入ADC_DR寄存器中。圖21主程序流程圖圖22整體實物圖總結(jié)與展望不間斷電源由變壓器交流降壓整流濾波電路，切換電路以及單相全橋逆變驅(qū)動電路構(gòu)成，其中單相全橋逆變電路是整個不間斷電源的核心部分，是實現(xiàn)直流電轉(zhuǎn)化成高質(zhì)量正弦交流電的關(guān)鍵，通過使用兩個半橋驅(qū)動芯片IR2104和四個場效應(yīng)MOSFET-N管構(gòu)成全橋電路，全橋電路有上下兩個橋臂，通過單片機控制芯片，改變MOS管的工作頻率，改變開合狀態(tài)，實現(xiàn)正弦交流電的輸出。單片機需要通過SPWM驅(qū)動IR2104半橋芯片對MOSFET-N管進行控制，SPWM使用正弦脈沖寬度調(diào)制等效面積原理，SPWM將三角波作為載波，正弦波作為調(diào)制信號，通過采用查表法，讓MCU提供SPWM信號，驅(qū)動全橋的場效應(yīng)MOS管，產(chǎn)生穩(wěn)定正弦信號。在未來，不間斷性能將會得到很大的提升，包括蓄電池的使用壽命和儲能以及通過逆變的功率因數(shù)不斷提高，會使不間斷更加節(jié)能環(huán)保，對于SPWM算法也將得到不斷優(yōu)化，實現(xiàn)逆變輸出波形畸變小，恒定，材料的進步，也使產(chǎn)品的開關(guān)等元器件的使用壽命延長，節(jié)約成本，提高使用率，在未來通過和智能網(wǎng)絡(luò)，5G通信結(jié)合能實現(xiàn)更加便捷的控制，實現(xiàn)遠程操作，預(yù)警和器件老化提醒的功能。參考文獻[1]石磊.不間斷電源技術(shù)及發(fā)展[J].電氣開關(guān),2009,47(001):8-10.[2]楊碧石.不間斷電源新技術(shù)及應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2002(02):14-15.[3]付騰,姚志成,彭建軍.不間斷簡介以及其發(fā)展趨勢[J].兵器裝備工程學(xué)報,2012,33(004):104-106.[4]肖英輝.智能網(wǎng)