一种基于MSP430F2002的数字式单相正弦波变频电源

摘要：本设计实现了一种基于MSP430F2002的数字式单相正弦波变频电源，文中对其软硬件设计、器件参数计算以及设计、测试过程进行了详细的描述。该变频电源的供电电源为36V蓄电池，由MSP430F2002完成了SPWM信号产生、电压幅度和频率调制的功能，经单相逆变电路和LC滤波电路得到电压幅度在0V到30V、频率在1Hz到70Hz之间可调、最大负载电流为1A的正弦交流输出信号，可满足过套管电阻率测井仪器的现场需求，测试结果表明使用MSP430F单片机是实现低功耗、低成本、高可靠性仪器设计的最佳选择。
关键词：变频电源；MSP450F2002；正弦脉宽调制

1 过套管电阻率测井原理
地层电阻率是评价储层含烃量必不可少的要素。地层电阻率主要取决于所含的液体。含导电盐水的地层电阻率要比充满烃类的低得多，因而电阻率的测量对于定位烃类矿层具有不可替代的工程价值。传统的电阻率测量是在裸眼井中进行，如果油井下过金属套管后，由于金属套管的电阻率与地层电阻率相比是极微小的(地层的电阻率在1Ω m～1000Ω m，而金属套管的电阻率的典型值为2×10-7Ω m)。因此，传统的电阻率测井仪器无法实现对地层电阻率的测量，有必要发展过套管地层电阻率测井仪器。该仪器通过测量套管上的微小的电压降，达到测量地层电阻率的目的。过套管电阻率测井原理就是在套管内通过测量套管上的电压降从而达到测量地层电阻率目的。测量原理如图l所示。如果有电流被注入套管，大部分电流会沿套管向上或向下流动，只有一小部分的电流泄露到周围地层。如果我们能估计在△z长度范围内泄露电流的大小△I，这样可以计算出地层的电阻率，公式如下：

为了求出地层电阻率，要求提供一种电压幅度在0～30V、频率在l～70Hz之间可调、最大负载电流为1A的单相交流变频激励电源。本设计的目的就是利用MSP430F单片机实现一种便于蓄电池供电、现场携带的低功耗、低成本、低畸变、高可靠性的单相交流变频激励电源，以满足现场之急需，对于过套管电阻率测井方法在现场的推广应用有着重要意义。

2 该设计的原理框图和性能指标
综上所述，该设计的原理框图如图2所示。

按图2所示的原理框图在PSIM仿真环境下构造的电路图及其仿真结果如图3和图4所示，由仿真结果可见该原理框图具有可行性，对于设计有指导意义。

本设计的性能指标：
系统输入：
额定电压：36VDC(蓄电池)
系统输出：
(1)输出电压：0～30V
(2)输出电流：IRMS≥1A
(3)输出频率：1～70Hz
(4)频率精确度：士1％
(5)谐波失真度：≤3％
(6)效率：≥85%
工作环境：温度0℃～65℃，湿度≤90％(25℃)