全桥逆变电路的拓扑结构、逆变原理及控制方法
通常把直流电变成交流电的过程叫做逆变，完成逆变功能的电路称为逆变电路。本文主要介绍全桥逆变电路的拓扑结构、逆变原理及控制方法、单相逆变的软件实现思路，并结合simulink、proteus仿真软件进行仿真验证。 一、单相全桥逆变器组成原理 1.全桥逆变电路拓扑结构
全桥逆变电路拓扑结构逆变电路工作时，单极性调制和双极性调制时主要有以下两种工作状态：
在单极倍频调制时，还存在如下两工作状态
2.单相逆变器的spwm调制方式 (1)spwm调制的基本原理 如果对于交流电，如50hz的正弦波，我们把它看成是有许许多多的呈阶梯状的直流信号组成 ，这样我们就可以用许许多多的宽窄不等的脉冲来等效这个正弦波了，从而实现了功率管工作在开关状态。如果在一个正弦波周期内的脉冲个数比较多，就能精度比较高地通过 lc滤波网络还原成正弦波，这就是spwm调制的基本原理。
(2)spwm调制波的实现方式 spwm调制波实现方式：在模拟电路里，我们常常用调制基波（正弦波）和载波 （三角波或锯齿波）的幅值来做比较，幅值高时就输出高电平或低电平产生spwm调制波，具体实现方法就是把基波和载波分别输入到比较器的正反相输入端
比较器输出的是占空比变化的矩形波，通过控制全桥电路4个功率管的导通顺序以及后级的lc滤波可得到正弦波形。 (3)单相全桥逆变器调制方式 单相全桥逆变器中根据调制策略不同分为单极性调制、双极性调制和单极性倍频调制。
全桥逆变电路拓扑结构①单极性调制
单极性调制原理
功率管导通时序图一般情况下，功率管驱动芯片上管和下管是互补导通的，因此导通时序也可如下图：
从上面的驱动时序可以看出典型的单极性调制有如下特点:高频臂q1,q2两个功率管工作在高频状态，低频臂q3,q4两个功率管工作在低频状态，只有一半的功率管有开关损耗，和其它4个功率管都工作在高频状态的调制方式相比，总的开关损耗只有一半。由此可以知道，高频臂q1,q2两个功率管工作在高频状态，损耗比低频臂q3,q4两个功率管工作在低频状态要高，因发热比较大，寿命要短。②双极性调制
双极性调制原理
功率管导通时序图双极性可以看出，spwm调制4个功率管都工作在高频载波频率，因而开关损耗比较大。但其实现方式比较容易，大部分半桥功率管驱动芯片自带上下管互补导通功能，所以只要给左右桥臂分别通以一对互补的spwm信号即可实现。
③单极倍频调制单极性倍频调制的原理和双极性调制有类似的地方，只是全桥输出在没有滤波之前的波形和功率管的工作频率变了。它来用采用正弦波和两路互为反相三角波相比较的方式，当然也可以是两路互为反相的正弦波和三角波相比较。
单极倍频调制
功率管导通时序图从uab的波形可以看出，两路双极性调制经过全桥功率管的叠加之后最终的uab波形变成了单极性，而且频率加倍，这就是这种调制方式称为单极性倍频调制的原因。这种调制方式波形完美，对各种负载的适应性好，因为倍频输出，lc的体积和成本可以比较小，缺点是4个功率管都工作在高频状态,因而开关损耗比较大。 二、单相全桥逆变器仿真 仿真采用双极性调制方式，因为实现方式较其它两调制方式种更为简单。 1.spwm调制波仿真 要实现逆变，首先要有spwm波形，spwm波形正弦波和三角波通过比较器得到。在similink中仿真模型如下：
示波器观测得到：
黄色部分是得到的spwm调制波形，占空比随正弦幅值变化，所以仿真是成功的。 2.全桥逆变仿真 总体仿真模型如下：调制产生的路互补spwm波形为spwm1和spwm2，两路调制波又分别连接同侧桥臂的上下管，模拟半桥驱动芯片的上下管互补。
在逆变器中通常采用滤波器来消除逆变器输出电流谐波，滤波器通常存在三种形式：l 滤波器、lc 滤波器和 lcl 滤波器。本文在此采用 lc 滤波器，lc 滤波器是一种二阶滤波器，其滤波效果比 l 型滤波器好，并且在设计和控制上不像lcl 存在固有谐振问题，更加易于稳定。此处逆变器的开关频率设置为 10k hz，因此选取 lc 谐振频率为：
式中：
为基波频率；
为开关频率；
为 lc 滤波器的谐振频率在滤波器电感设计中，当电感选取较大时，能够有效的抑制电流谐波，但是会影响系统的动态特性，导致电流闭环跟踪缓慢；当电感选取较小时，电流闭环控制跟踪性能较好，但是滤除电流谐波能力较弱，因此在电感设计中通常需要折衷考虑两个方面，电感通常选取几mh，电容十几或几十uf，具体数值需要结合设计参数计算出来。运行仿真得到：逆变波形为50hz的正弦波
三、spwm单片机程序实现 通常，逆变电路需要单片机参与进行闭环控制，第一个问题就是如何用单片机产生spwm波形，下面介绍使用stm32产生spwm波形。设计目标为载波10khz，目标正弦波形为50hz。主要思路是利用定时器产生10khz的pwm波形，每个pwm周期改变一次占空比，从而模拟出spwm波形。因为无示波器和实物单片机，所以以下操作是基于proteus仿真出来的，实际原理一样的。 1.cubemx配置 ①配置定时器及中断 定时器使用高级定时器1，高级定时器带互补输出功能。由于我使用的是proteus仿真，单片机主频设置为了8mhz。因此定时器配置如下：计数周期：8mhz / 10khz = 800 ，因此为800-1=799；72m主频下同理计算
②开启定时器1更新中断
2.spwm正弦表数据生成 spwm表格生成工具下载链接：点击跳转周期点数 ：10khz / 50 hz = 200 ，每个正弦波由200个调制pwm波形组成
3.keil5代码 ①定义查表数据 #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定时器初始化 hal_tim_base_start_it(&htim1); //开启定时器中断 hal_tim_pwm_start_it(&htim1,tim_channel_1); //开启pwm输出 hal_timex_pwmn_start_it(&htim1,tim_channel_1); //开启互补pwm输出 ③中断回调函数设置 主要功能是每次定时器溢出时，更新比较值，从而改变下一次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仿真观测波形 仿真模型如下：
波形观测如下：黄色波形与蓝色波形为调制spwm波形，两者电平互补，粉色波形为黄色波形的单位面积等效。实际要得到粉色50hz正弦波需要将spwm通过全桥电路和lc滤波后得到。
以上全文如有错误，还请指正！！！
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2.单相逆变器的spwm调制方式 (1)spwm调制的基本原理 如果对于交流电，如50hz的正弦波，我们把它看成是有许许多多的呈阶梯状的直流信号组成 ，这样我们就可以用许许多多的宽窄不等的脉冲来等效这个正弦波了，从而实现了功率管工作在开关状态。如果在一个正弦波周期内的脉冲个数比较多，就能精度比较高地通过 lc滤波网络还原成正弦波，这就是spwm调制的基本原理。
(2)spwm调制波的实现方式 spwm调制波实现方式：在模拟电路里，我们常常用调制基波（正弦波）和载波 （三角波或锯齿波）的幅值来做比较，幅值高时就输出高电平或低电平产生spwm调制波，具体实现方法就是把基波和载波分别输入到比较器的正反相输入端
比较器输出的是占空比变化的矩形波，通过控制全桥电路4个功率管的导通顺序以及后级的lc滤波可得到正弦波形。 (3)单相全桥逆变器调制方式 单相全桥逆变器中根据调制策略不同分为单极性调制、双极性调制和单极性倍频调制。
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单极性调制原理
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双极性调制原理
功率管导通时序图双极性可以看出，spwm调制4个功率管都工作在高频载波频率，因而开关损耗比较大。但其实现方式比较容易，大部分半桥功率管驱动芯片自带上下管互补导通功能，所以只要给左右桥臂分别通以一对互补的spwm信号即可实现。
③单极倍频调制单极性倍频调制的原理和双极性调制有类似的地方，只是全桥输出在没有滤波之前的波形和功率管的工作频率变了。它来用采用正弦波和两路互为反相三角波相比较的方式，当然也可以是两路互为反相的正弦波和三角波相比较。
单极倍频调制
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波形观测如下：黄色波形与蓝色波形为调制spwm波形，两者电平互补，粉色波形为黄色波形的单位面积等效。实际要得到粉色50hz正弦波需要将spwm通过全桥电路和lc滤波后得到。
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