变频电源自从问世以来在世界各国都倍受关注。它可以根据客户的不同要求通过交直交的变换技术，将给定的交流电转换成频率和电压在一定范围内可调的交流电，而且其谐波含量很少。因此，它的开发与应用发展前景十分诱人。
功率器件的性能指标决定变频电源的发展。20世纪60 年代，GTO 的问世实现了门极可关断功能。70 年代中期，功率金属氧化物场效应管和高功率晶体管的问世，实现了场控功能，至此打开了高频的大门。到80年代，一种兼具MOSFET和GTR 二者优点的IGBT电力器件出现，其栅极采用电压控制，驱动功率小；工作频率高，开关损耗小；没有二次击穿，是目前功率电力电子装置中的主流器件。当代，随着不断革新的功率器件的出现，美日欧等大规模集成脉宽调制电路、零电压、零电流变换的拓扑电路和DSP、ARM 等智能处理器的广泛应用，使得电源逐渐朝着小型化、集成化、智能化方向发展。国内变频电源产业发展虽只有十几到二十年的历史，但业绩甚佳，也在开关频率方面达到了前所未有的地步，一定程度上降低了原材料的消耗，使装置小型化，加快了系统的动态响应速度，提高了电源的效率。
本文搭建了一个基于DSP的变频电源的实验装置，下面将详细介绍变频电源整流、驱动、逆变和滤波等各个模块的原理图设计。
1 硬件电路设计
变频电源结构框图如图1 所示。本文中变频电源输入频率为市电频率50 Hz，输出频率为60 Hz。由图1可以看出，整个变频电源的硬件部分由整流模块、逆变模块、隔离驱动模块和滤波模块组成。
图1 变频电源结构框图
变频电源自从问世以来在世界各国都倍受关注。它可以根据客户的不同要求通过交直交的变换技术，将给定的交流电转换成频率和电压在一定范围内可调的交流电，而且其谐波含量很少。因此，它的开发与应用发展前景十分诱人。
功率器件的性能指标决定变频电源的发展。20世纪60 年代，GTO 的问世实现了门极可关断功能。70 年代中期，功率金属氧化物场效应管和高功率晶体管的问世，实现了场控功能，至此打开了高频的大门。到80年代，一种兼具MOSFET和GTR 二者优点的IGBT电力器件出现，其栅极采用电压控制，驱动功率小；工作频率高，开关损耗小；没有二次击穿，是目前功率电力电子装置中的主流器件。当代，随着不断革新的功率器件的出现，美日欧等大规模集成脉宽调制电路、零电压、零电流变换的拓扑电路和DSP、ARM 等智能处理器的广泛应用，使得电源逐渐朝着小型化、集成化、智能化方向发展。国内变频电源产业发展虽只有十几到二十年的历史，但业绩甚佳，也在开关频率方面达到了前所未有的地步，一定程度上降低了原材料的消耗，使装置小型化，加快了系统的动态响应速度，提高了电源的效率。
本文搭建了一个基于DSP的变频电源的实验装置，下面将详细介绍变频电源整流、驱动、逆变和滤波等各个模块的原理图设计。
1 硬件电路设计
变频电源结构框图如图1 所示。本文中变频电源输入频率为市电频率50 Hz，输出频率为60 Hz。由图1可以看出，整个变频电源的硬件部分由整流模块、逆变模块、隔离驱动模块和滤波模块组成。
图1 变频电源结构框图
1.4 滤波模块设计
SPWM逆变电路由于其固有的特性，输出波形中含有大量的谐波，在接入负载前必须进行滤波。根据消谐控制的特点，简单的二阶LC低通滤波器就能满足要求。因为电容器C 对直流相当于是开路的，而对交流阻抗小，所以C 应该并联在负载两端。电感L 对直流阻抗小，而对交流阻抗大，所以L 应与负载串联。逆变电路如图6所示。
图6 逆变电源滤波电路
理想的二阶低通滤波器的传递函数为：
式中：ui (s)，uo (s) 为滤波器输入、输出电压；s 为复频率；ξ为阻尼系数；固有角频率ω0 = 1 LC。
为了使滤波器输出电压接近正弦波，同时又不会引起谐振，LC 滤波器的截止频率必须要远小于SPWM 电压中所含有的最低次谐波频率，同时又要远大于调制波频率。文献推荐PWM逆变器中的LC截止频率f0 的选择最好满足：
式中：fr 为调制波频率；fc 为载波频率；fhar(min) 为最低次谐波频率。
LC滤波器的谐振频率是由L 和C 的乘积所决定的。在最初选择滤波器的参数时，一般先根据滤波器衰减特性选择滤波器的类型，如巴特沃斯型滤波器、切比雪夫型滤波器或贝塞尔型滤波器。由于巴特沃斯型滤波器是一种具有最大平坦响应的滤波器，仿真结果和实际测试特性较为接近，因此本文采用巴特沃斯型二阶低通滤波器。
1.1 整流模块设计
常用的三相桥式整流电路大致可以分为三种：不控整流、全控整流、半控整流。它们的电路结构均是一样的，如图2所示，只是所使用的整流元器件不同。三相桥式不控整流电路的整流器件是普通的电力二极管，是不可控的器件。当它承受正向电压时会立即自然导通，承受反向电压时会立即阻断，电路设计简单，功耗较小。其输出电压的平均值可以表示为：
式中U2 为交流侧相电压的有效值。
图2 三相桥式不控整流电路
三相桥式全控整流电路的整流管全为可控的晶闸管开关器件，桥式半控整流电路的整流管为可控的晶闸管和不控二极管的组合。开关器件晶闸管开通必须具备两个条件：正向电压；触发电流脉冲。这就要求在整流时要附加脉冲产生电路，时间上会产生延迟，也就是延迟触发角。综合分析以上三种整流方式可知：桥式不控整流电路设计简单，功耗小；而全控和半控整流电路控制复杂，晶闸管在导通后功耗相对较大，触发角控制不好会使电路出现断续现象，所以本文采用简单的三相桥式不控整流电路。
整流之后由于脉动电压比较大，本文选取并联电容进行滤波。电容作为储能元件，具有隔直通交、隔低频通高频的功能。在电压型整流电路中，为使输出电压更加平滑，理论上滤波电容取值越大越好。然而实际工程上并不希望这样，因为电容值越大，其体积越大，成本越高，性价比反而越低，而且在电路接通瞬间，瞬时电流非常大，会破坏元器件。根据文献，选取滤波电容的值为1 650 μF，考虑到耐压值越高价格也越高，选用两个3300 μF的电容串联，以此来平分电压，如图2所示。