单片机SPWM脉冲宽度调制技术逆变电源设计+电路图+源程序 第2页
第一章 方案设计
本设计要求输入电压为12VDC，输出电压为22VAC，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。设计中主要包括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。
设计的总体思想是通过对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，将采样到的数据对预设值进行比对，当采集到的数据超过预设值时，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。
1.1方案的论证与比较
1.1.1 逆变电路的方案选择
方案一：采用直-交-直-交功率变化形式。先将直流电压转化为高频交流电，以利于减小变压器的体积；经过变压器的电压转换与隔离，从而获得所需的电压等级和隔离要求；
由于输出的50Hz的交流电，需要将高频交流电转化为50Hz的交流电，所以采用将高频电转化成直流电的方法，再利用50Hz逆变技术将直流电转化为50Hz正弦波交流电。这种直-交-直-交功率变换的原理方框图如下:
高频方式 图1-1 方案一原理框图
方案二：采用单相桥式PWM逆变电路。将12VDC直接输入到单相桥式逆变模块，由单片机控制桥式逆变电路的驱动芯片驱动逆变单元工作，逆变后输出频率为50Hz的交流电；再通过变压器升压到220VAC。其原理图如下:
图1-2 方案二原理框图
图1-3 IGBT逆变电路简图(用protel画)
1.1.2升压电路的选择
方案一：应用直流斩波电路中的Boost Chopper可以将直流电压12VDC升压至至少362VDC(考虑到逆变电路中的转换效率)，然后再将电压通过逆变电路得到要求的频率值即可。在使用Boost Chopper时，电感L与电容C各种参数（容量、电压值、额定电流等）应充分大，否则不能产生良好的升压效果。
方案二：不使用Boost Chopper，将12VDC直接接入逆变电路，经过滤波电路，得到10V左右的50Hz的交流电，然后再接升压变压器的圆边，根据变压器的相关参数选用适当的变压器可以将10VAC，从而得到220V、50Hz的交流电压。
综合考虑，如果最终得到幅值可调的交流电压则需要选用方案一，在本设计中，本着简化电路的原则，选用方案二。
1.1.3保护电路的选择
方案一：对于输入端的短路保护可以采用快速熔断器，当电路产生故障引起短路时，熔断器立刻熔断切断电路。输入端和输出端的过压保护可以采用以下方法：在输入端串联一继电器;将电阻串联在电路中，检测电阻两端的电压，并将电压值通过A/D转换器采集到单片机中，经过单片机的比对，若过压，则发出信号，驱动串联在输入端的继电器工作，从而切断电路，利用温度传感器实时采集主电路的工作温度，当温度超过预定值时，单片机驱动串联在输入端的继电器工作，从而切断电路。
方案二：短路保护同样采用快速熔断器：使用A/D转换器实时采集输入端、输出端的电压值，当监测到的电压值超过预设值时，产生中断信号，使单片机停止输出SPWM波。从而停止逆变单元的工作，保护开关管。利用温度传感器实时采集主电路的工作温度，当温度超过预定值时，立刻产生中断信号，使单片机停止输出SPWM波，关断触发脉冲，达到保护电路的效果。
综合考虑，方案一的继电器动作有一定的延时性，如果电路发生过压情况，很有可能出现开关管已经烧毁而继电器还没有动作的情况，而方案二可以很快的动作，保护开关管，故采用方案二。
1.1.4 MCU的选择
选择AT89C52单片机作为控制器，也可以选择8XC196MC单片机。8X196MC能够直接输出三相PWM波，而使用AT89C52需要外加辅助芯片才能比较容易地输出PWM波。考虑到平时编程最多的是AT系列，使用AT单片机更容易上手一些。
1.1.5 SPWM波形产生方式的选择
方案一：由正弦波振荡器，三角波发生电路和脉冲宽度调制电路组成SPWM波形发生电路。
方案二：利用专用SPWM波产生芯片（如SA828）构成SPWM波形发生电路。
由于方案一的实现电路相对复杂，需要大量的数字、模拟器件，会提高制作成本同事加大了设计的复杂度，对于方案二中的专用芯片实际应用电路简单，所用期间均为常用器件，成本较低，且便于调试，故选用。
1.1.6 总体方案
系统的输入为12VDC，经过由熔断器构成的短路保护环节，再经过输入过压保护环节后输入到逆变单元的主电路：经过逆变电路、滤波电路后得到频率为50Hz、电压峰值约为10V的交流电;经变压器升压，得到220V，得到220V、50Hz的交流电输出。原文请找腾讯752018766,辣-文^论,文.网
http://www.751com.cn系统的输入12VDC，经过稳压电路（有KA7805以及多级电容滤波电路构成）后对MCU进行供电，并在其中加入DC-DC模块，实现控制电路与主电路的隔离，由A/D转换器对电压进行实时采集，并将采集值返回到MCU，若出现过压现象，则MCU控制驱动电路停止工作
逆变电路由IR2110构成的驱动电路驱动，MCU通过SA828输出SPWM波控制驱动电路。
SPWM波的产生采用双极性的规则采样法，使用MATLAB计算出每一三角波周期内功率开关器件的通断时间，制成数据表存入单片机，应用查表法按规律产生SPWM波。考虑到桥式电路可能出现同一桥臂两只开关管同时导通，引起短路的情况，在编程中，设置了一定的死区时间，保证开关管“先断后开”。
主电路使用由DS18B20构成的温度采集单元对温度进行实时控制并将检测值返回到MCU，以实现过热保护，有MCU驱动LED实时显示A/D采集到的输入和输出电压以及对DS18B20检测到的温度值，达到实时监控和人机交互的目的。上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] 下一页
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