单相无源正弦逆变器设计

单相无源正弦波逆变器设计原理与实现
设计背景
单相无源逆变器旨在将固定的直流输入电压转换为可调节频率和幅度的交流输出电压。这种类型的逆变器广泛应用于不间断电源(UPS)、太阳能发电系统等领域。
工作原理
在单相无源逆变器的工作过程中，核心在于如何有效地将48V直流电转化为50Hz的交流正弦波输出电压[^2]。为了达到这一目标，通常采用正弦脉宽调制(SPWM)技术来控制开关器件的动作时间比例，从而形成近似于理想正弦波形的输出信号。此外，LC滤波电路用于平滑由SPWM产生的阶梯状波形，减少谐波成分，使最终得到的交流电压更加纯净，总谐波失真度(THD)小于0.5%。
MATLAB Simulink中的建模过程
对于基于MATLAB Simulink平台构建的单相无源逆变器仿真模型而言，在R2015b版本环境下进行了详细的开发工作。该模型不仅实现了上述提到的功能特性——即从48V DC到50Hz AC conversion, 同时还集成了先进的算法以优化性能表现[^1]。
具体来说：

SPWM控制器：负责生成特定模式下的PWM驱动信号给功率级模块；

LC低通滤波器：用来消除高频分量并改善输出质量；

负载接口：模拟实际应用场景下连接的各种电器设备。

function y = spwm_generator(t)
% SPWM generator function example code snippet

Vdc = 48; % Input voltage level (DC side)
freq = 50; % Desired output frequency (AC side), unit: Hz
Ts = 1e-6; % Sampling period for simulation accuracy
tspan = linspace(0, 0.02, round(0.02/Ts)); % Time span covering one cycle of the fundamental wave.

ref_waveform = sin(2*pi*freq*t); % Reference sine waveform generation
carrier_waveform = sawtooth(2*pi*(freq*Ts)*t/0.02, 0.5); % Triangular carrier signal creation

[~, idx] = max(abs(ref_waveform-carrier_waveform));
pwm_signal = zeros(size(t));
pwm_signal(idx:end) = ones(length(pwm_signal)-idx+1, 1);

y = mod(Vdc * pwm_signal, Vdc); % Output PWM-modulated voltage levels corresponding to each time instant 't'.
end
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此函数展示了简单的SPWM发生逻辑，其中包含了参考正弦波形与载波三角波之间的比较操作，进而决定了何时开启或关闭电力电子开关元件。
控制策略的选择
当涉及到具体的调制方式选择时，存在两种主要的方法可供考虑：单极性和双极性调制。后者由于其优越的动态响应特性和较低的电磁干扰水平而被优先选用。通过预先计算好的查找表机制可以高效地完成这两种不同形式的调制任务[^4]。