单片机逆变电源设计+电路图+原理图+主程序及流程图 第2页
引言 随着控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接使用公用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。它们的幅值、频率、及其变化方式因用电设备的不同而不尽相同，如通信电源、不间断电源、医用电源、充电器等，它们所使用的电能都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。小型化、数字化、高性能的逆变电源具有广泛的应用前景。
电源技术主要研究如何利用电力电子技术对功率进行变化和控制，它广泛运用现代逆变技术、电磁技术、电子技术和计算机技术等学科的理论，具有较强的综合性。
现代逆变技术是电源技术的基础，它是研究现代逆变电路的理论和应用设计方法的一门科学，是建立在现代控制技术、电力电子技术、半导体变流技术、脉PWM技术、磁性材料等学科基础之上的一门实用技术。采用逆变技术有很多优越性，通过控制回路，可以控制逆变电路的工作频率和输出时间比例，从而使输出电压或者电流的频率和幅值按照设备工作的要求来灵活的变化。逆变电源是将一次电源送来的交流电变换成其他形式的交流电，本设计要求输入电压为12VDC，输出电压为220VAC，频率为50Hz，额定输出功率≥200W，并有输入过压、过热保护，输出过压保护。设计中主要包含了逆变器的主电路和驱动电路、整流电路（即单片机供电电路）、SPWM控制信号发生电路、显示电路以及A/D采集和温度采集电路等。该电源采用推挽升压和全桥逆变两级变换，前后级之间完全隔离。在控制电路上，前级推挽升压电路采用SG3525芯片控制，采样变压器绕组电压做闭环反馈；逆变部分采用单片机数字化SPWM控制方式，采样直流母线电压做电压前馈控制，同时采样电流做反馈控制；在保护上，具有输入过、欠压保护，输出过载、短路保护，过热保护等多重保护功能电路，增强了该电源的可靠性和安全性。
第1章 绪论
1.1 逆变电源发展概述
逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆变电源的发展。逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世纪60年代，到目前为止它己经历了三个发展阶段。
第一代逆变电源的特点是采用晶闸管(SCR)作为逆变器的开关器件，称为可控硅逆变电源。可控硅逆变电源的出现虽然可以取代旋转型变流机组，但由于SCR是一种没有自关断能力的器件，因此必须增加换流电路来强迫关断SCR，但是换流电路复杂、噪声大、体积大、效率低等原因却限制了逆变电源的进一步发展。
第二代逆变电源的特点是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。自20世纪70年代后期，各种自关断器件相运而生，它们包括可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能，逆变器采用自关断器件的好处是:l)简化了主电路。由于自关断器件不需要换流电路，因而主电路得以简化、成本降低、可靠性提高;2)提高了性能。由于自关断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而使逆变桥输出电压中低次谐波含量大大降底，因而使输出滤波无耻悲鄙下流的网"学.网总是抄辣,文^论,文.网
http://www.751com.cn 器的尺寸得以减小，逆变电源的动态特性及对非线性负载的适应性也得以提高。在自关断器件当中，工GBT以其开关频率高、通态压降小、驱动功率小、模块的电压电流等级高等优点己成为中小功率逆变器的首选器件。IGBT逆变电源己成为中小型逆变电源的主流。第二代逆变电源在控制上普遍采用带输出电压有效值或平均值反馈的SP双M控制技术。图1-1是第二代逆变电源典型控制方法示意图，输出电压有效值或平均值反馈控制使逆变电源输出电压幅值稳态无差。
图1- 1单一的电压有效值反馈控制方法
第二代逆变电源所采用的控制方法具有结构简单、容易实现的优点，但由于它所采用的SP不利订控制技术只注重如何通过恰当设计开关模式来实现逆变器输出频谱的优化，没绪论有考虑信号传输过程中开关点的变化及负载的影响，存在以下缺点：
l)对非线性负载的适应性不强。当逆变电源输出带非线性负载时，负载电流中的低次谐波电流将流过电源的内阻，引起输出电压波形畸变;
2)死区时间的存在将使SP硬M波中含有不易滤掉的低次谐波，使输出电压波形畸变
3)动态特性不好。负载突变时输出电压调整时间长。之所以出现这种情况，是因为系统中仅存在电压平均值或有效值反馈，而没有瞬时值反馈;
4)给定电压与输出电压之间的相位差受负载影响较大，在三相电源中，三相输出之间的相差不易满足1200要求。第三代逆变电源的特点是采用了实时反馈控制技术，使逆变电源的性能得到提高。实时反馈控制技术是针对第二代逆变电源对非线性负载的适应性不强及动态特性不好的缺点提出来的，它是近十年来发展起来的新型电源控制技术，目前仍在不断地完善和发展之中，实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃。实时反馈控制技术多种多样，主要有以下几种：
1)重复控制;
2)谐波补偿控制;
3)无差拍控制;
4)单一的电压瞬时值控制：
5)带电流内环的电压瞬时值反馈控制。其中以第五种控制方法因实现方便，逆变电
源动态性能优越和对负载的适应性强等优点而被广泛采用。
1.2 课题选题背景以及意义
目前，逆变电源己经广泛应用在各行各业当中，尤其是一些需要对市电进行特殊转换的行业，但同时对它的体积、成本等又提出了要求，而且对逆变电源的性能要求是越来越高。早期的逆变电源只要求其输出不断电、稳压、稳频即可，然而，今天的逆变电源不但需要其输出电压稳定，输出频率精确，而且要求其必需环保无污染，即绿色环保电源。因此高性能的逆变电源的设计必须考虑下列事情:(1)高输入功率因数，较低的输出阻抗;(2)快速的暂态响应;(3)效率高、稳定性高、可靠性高;(4)低的电磁干扰;(5)智能化。
本课题技术目标：实现对小型移动逆变电源的数字式控制，在单片微处理器的控制下对12V直流电逆变成输出220V、50Hz稳压、稳频的单相交流电，电压波形失真度小于3％。
采用高性能单片处理器实现数字化控制后，逆变电源具有以下明显优点：
设计方面：数字化逆变电源零部件少、精度高，核心部件的文护和文修比较容易；
输出电压的稳定性：输出电压的稳定性是所有电源厂商的共同目标，在实际应用中电压的不稳定带来的危害比断电、停电造成的危害要大的多，所以苛刻的用电稳定要求是系统安全的核心。实验证明，本设计的逆变电源输出的电压误差可以控制在1％以内；
输出电压波形失真度：电源因负载类型和大小的变动产生的电压输出失真在传统的逆变电源中体现的较为明显，由此造成电源端的“二次污染”，失真严重时会导致电压有效幅值下降，发电机负担增加、功率损失且产品寿命减少，本系统的逆变电源失真度控制在3％以内。
保护功能：传统的逆变电源一般不能满载或超载运行，且不具备过流保护、过压保护、短路保护/断路切换等功能。采用数字集成电路的逆变电源增加了这些保护功能，延长产品使用寿命。
1.3 本文的主要研究内容
设计的总体思想是通过给单片机写初始化和控制字，使其在I/O口产生SPWM输出信号，此信号通过驱动电路（驱动芯片为IR2110）驱动逆变单元的开关管（IRF1407电力MOSFET），从而在输出端得到50Hz的交流，通过变压器升压使输出电压达到要求的幅值220V；单片机控制电路通过控制A/D转换器对输入、输出电压进行监测，将采样到的数据同预设值进行比对，当采集到的数据超过预设值，则控制关断开关管，从而实现输入、输出的过压保护；用DS18B20数字温度传感器对逆变桥进行温度测量，并将实时数据返回单片机，实现过热保护；单片机控制LCD实时显示输入、输出电压值和温度值，使其更具有人性化。
论文的主要内容归纳如下:
1)单片机和功率模块的选取、工作原理;
2)主电路的参数设计，包括滤波器的设计等;
3)单片机的程序设计;
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