畢業(yè)設(shè)計（論文）-家用逆變電源的設(shè)計

1、湖南第一師范學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計)題目家用逆變電源的設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師院部名稱信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級12電子1班完成時間2016年4月17日湖南第一師范學(xué)院教務(wù)處制 本科畢業(yè)論文(設(shè)計)家用逆變電源的設(shè)計學(xué)生姓名：院部名稱：信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)名稱：電子科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)教師：畢業(yè)論文(設(shè)計)作者聲明1本人提交的畢業(yè)論文(設(shè)計)是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立進行研究取得的成果。除文中特別加以標注的地方外，本文不包含其他人或其它機構(gòu)已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果。對本文研究做出重要奉獻的個人與集體均已在文中明確標明。2本人完全了解湖南第一師范學(xué)院有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)院保存并向國家有關(guān)部

2、門或機構(gòu)送交本文的復(fù)印件和電子版，允許本文被查閱、借閱或編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索。同意湖南第一師范學(xué)院可以采用影印、打印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本文，可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播本文的全部或局部內(nèi)容。3湖南第一師范學(xué)院在組織專家對畢業(yè)論文(設(shè)計)進行復(fù)審時，如發(fā)現(xiàn)本文抄襲，一切后果均由本人承當，與學(xué)院和畢業(yè)論文指導(dǎo)教師無關(guān)。作者簽名： 日期：二一 年 月 日摘 要 本文論述是一種采用STC12C5A60S2單片機為核心的SPWM逆變電源，能將輸入的12V直流電逆變成穩(wěn)定的220V交流電輸出，單片機通過自然數(shù)查表法控制內(nèi)部的兩路硬件PWM模塊生成SPWM脈沖信號，采用單極性調(diào)制方案驅(qū)動單

3、相全橋逆變電路，輸出經(jīng)LC低通濾波器濾波，最后在負載上得到穩(wěn)定的正弦波交流電。該系統(tǒng)主要由整流電路、濾波電路、逆變電路、驅(qū)動隔離電路、電源電路、保護電路以及單片機的最小系統(tǒng)組成。另外本系統(tǒng)外接按鍵及液晶屏，按鍵能設(shè)定電源輸出電壓和頻率，液晶屏能實時顯示輸入電壓及輸出電流，輸出正弦波的頻率，使系統(tǒng)的平安及穩(wěn)定得到了很大提升。本正弦波逆變器主要用的是SPWM控制技術(shù)，整體的電路具有簡單的結(jié)構(gòu)而且在機械特性方面也表現(xiàn)良好，同時價格也比擬低廉。這樣的設(shè)計能完美到達題目的需求并且已經(jīng)在各種相關(guān)的行業(yè)里被普遍采用。關(guān)鍵詞：SPWM；單極性調(diào)制；單相逆變；STC單片機 ABSTRACTThis articl

4、e discusses the use of STC12C5A60S2 a microcontroller core of DC-AC inverter, 12V DC input reverse can become stable 220V AC output. Then the microcontroller through a natural number look-up table inside another channel hardware PWM control module generates SPWM pulse signal modulation scheme unipol

5、ar drive single-phase full-bridge inverter circuit, output by the LC low-pass filter ,the final stable pure sine wave AC output to the load. Single-phase trapezoidal wave PWM (pulse width modulation) inverter SPWM inverter structure and structural similarities, including the DC power supply, single-

6、phase full-bridge inverter circuit, control circuit, filter circuit.In addition the system external buttons and LCD screen, LCD screen can display real-time input voltage and output current, the system's security and stability has been greatly improved.The sine wave inverter is mainly using SPWM

7、 control technology, the whole circuit has simple structure and has good mechanical properties, at the same time, the price is cheap. This design can achieve perfect subject requirements and has been widely used in all kinds of related industries. Key words: SPWM; Dual polarity modulation; One-way b

8、ridge; The STC of Single chip microcomputer 目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒 論11.1 研究目的及要求11.2 相關(guān)研究現(xiàn)狀及前景1第2章 系統(tǒng)分析32.1 逆變器的根本概念與工作原理32.1.1 正弦波逆變器的電路構(gòu)成32.1.2 常用逆變器調(diào)壓方法32.2 SPWM調(diào)制變頻技術(shù)32.2.1 單極性SPWM42.2.2 雙極性SPWM5第3章 硬件設(shè)計63.1 電路原理圖63.2 原理論述63.2.1 單片機的選擇73.2.2 濾波電路83.2.3 電壓檢測電路83.2.4 全橋逆變電路93.2.5 驅(qū)動電路的選擇93.2.6 電流檢

9、測電路10第4章 程序設(shè)計114.1 程序選擇說明114.2 SPWM查表114.3 程序結(jié)構(gòu)流程圖124.3.1 主程序流程圖124.3.2 定時器中斷程序流程圖134.3.3 按鍵程序流程圖144.3.4 ADC檢測數(shù)據(jù)程序15第5章 系統(tǒng)測試165.1 單片機輸出波形測試165.1.1 測試儀器165.1.2 測試方法165.1.3 測試結(jié)果165.2 電路效率測試175.2.1 測試儀器175.2.2 測試方式175.2.3 測試結(jié)果17第6章 結(jié)束語196.1 結(jié)論196.2 存在問題19致謝20參考文獻21附錄一：總電路原理圖22附錄二：實物效果圖23附錄三：程序代碼24第1章 緒

10、 論1.1 研究目的及要求掌握正弦波逆變器的電路組成，重點明白其中各元器件的原理及用處，對正弦波逆變電路在電阻負載、電阻電感負載的工作情況及其波形作全面分析，并研究工作頻率對電路工作波形的影響。采用SPWM控制方式對逆變電橋進行調(diào)制，最后經(jīng)電容、電感過濾實現(xiàn)正弦波逆變的目的。1.2 相關(guān)研究現(xiàn)狀及前景 逆變電源的開展與和電力電子器件的開展息息相關(guān)，可以說電力電子器件器件的開展引導(dǎo)著逆變電源的開展。上世紀60年代正是電力電子技術(shù)飛速開展的時期，逆變電源就是在這個時期產(chǎn)生的，直到現(xiàn)在，逆變電源已經(jīng)經(jīng)過了三代的開展。第一代逆變電源是把晶閘管當做逆變器的開關(guān)器件，叫做可控硅逆變電源，因為之前的晶閘管無

11、自己關(guān)斷的能力，即使增加了換流電路，也使得逆變電源接下來的開展空間受到局限。從上世紀70年代末開始，許多自關(guān)斷器件相繼被創(chuàng)造出來，例如可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管等，這也促進了逆變電源的開展，于是使用自關(guān)斷器件作為開關(guān)器件的逆變器產(chǎn)生了，這就是第二代逆變電源，使用了自關(guān)斷器件的逆變器它逆變電源的性能獲得了極大的提升，使用了自關(guān)斷器件的逆變器與初代逆變器相比有了許多優(yōu)點，首先因為有了自關(guān)斷功能，所以不再需要換流電路，這樣使主電路得到簡化以至于降低了本錢；其次由于逆變器使用了自關(guān)斷器件，以至于其性能相比初代得到了極大的提升。這一代的逆變電源通常采用帶輸出電壓有效值反應(yīng)的SPWM控制技術(shù)來控制。這一代的

12、逆變器擁有簡單的結(jié)構(gòu)和容易實現(xiàn)的優(yōu)點，但也并不意味著它沒有缺點，由于它沒有考慮信號傳輸過程中開關(guān)點的變化及負載的影響，所以還是有不少的缺點的，首先它如果負載是非線性的就沒有良好的適應(yīng)能力，非線性的負載會使輸出電壓的波形發(fā)生畸變；其次因為沒有瞬時值的反應(yīng)所以它的動態(tài)特性也不好；最后因為有控制不到的時間域，同樣會使輸出的電壓波形發(fā)生畸變。這些缺點使得第二代逆變電源依然不夠完善。隨著新世紀新型電源控制技術(shù)的快速開展，針對第二代逆變電源的缺乏，掌控了實時反應(yīng)控制技術(shù)，從此第三代逆變電源由此誕生，這種技術(shù)到現(xiàn)在還在不斷地改良。實時反應(yīng)控制技術(shù)現(xiàn)存很多種，考慮動態(tài)性能和適應(yīng)性等方面，帶電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時值

13、反應(yīng)控制是現(xiàn)階段被群眾接受的技術(shù)1。第2章 系統(tǒng)分析2.1 逆變器的根本概念與工作原理 正弦波逆變器的電路構(gòu)成直流變交流的局部稱為逆變局部，逆變器的作用是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電經(jīng)過電感濾波后供應(yīng)負載，這里的LC濾波是為了濾除高次諧波，得到正弦波，而逆變器因為它輸出的電壓和頻率與輸入的直流電源無關(guān)所以為稱為無源逆變器。無源逆變器是正弦波逆變電路的關(guān)鍵。本設(shè)計采用的是單相橋式逆變電路，輸出電壓及頻率的大小是使用PWMPulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制控制調(diào)節(jié)的。 常用逆變器調(diào)壓方法可控整流器調(diào)壓：通過負載對電壓的要求，使用可控的整流器來完成對逆變器輸出電壓的調(diào)節(jié)。 直流斬波器

14、調(diào)壓：在確定逆變器的電源側(cè)有較高功率的情況下，通過不可控整流器可以在直流環(huán)節(jié)中通過設(shè)置改變直流斬波器來進行對電壓的調(diào)節(jié)。 逆變器自身調(diào)壓：在采用不可控整流器的前提下逆變器能用自身的電子開關(guān)進行斬波控制，這樣就可以得到脈沖列，通過改變輸出電壓脈沖列的脈沖寬度，就可到達對輸出的電壓進行調(diào)節(jié)，這種方法被稱為脈寬調(diào)制PWM。2.2 SPWM調(diào)制變頻技術(shù)SPWMSinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脈沖寬度調(diào)制調(diào)制技術(shù)是PWM多脈沖可變脈寬調(diào)制技術(shù)的一種，即所謂的正弦波脈寬調(diào)制其輸出波形是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。如圖2-1所示，等效的原那么是每一區(qū)

15、間的面積相等。假使把一個完整周期的正弦半波無限切割成n等份，接下來把用一個與此面積相等的矩形脈沖來替換各等份的正弦波曲線與橫軸所圍成的面積，所代替的矩形脈沖其幅度值不發(fā)生變化，正弦波每一等份的中點與各個脈沖的中點相重合，由此n個相同幅度，寬度不同的矩形脈沖所構(gòu)成的波形就與正弦波的半個周期效果相同。正弦波的另一個半周期同樣適用一樣的方法與其等效。假使整流器輸出的直流恒定電壓為Us，而且使得電機繞組的中點與直流電壓中點相互連接，那么SPWM脈沖序列波的幅度值變?yōu)閁s/2。此處正弦波值跟第i個矩形脈沖的寬度將近成正比例。于是跟半周期正弦波相同效果的SPWM波形是中間寬、兩邊窄，脈沖寬度按正弦波形的法

16、那么慢慢改變的序列脈沖波形。跟其余各種變頻變壓調(diào)制方式相比擬，此脈沖序列比常規(guī)六拍階梯波更加靠近于正弦波。這種方法方便讓負載電流中的高次諧波成分極大的減弱，由此轉(zhuǎn)為矩形脈動很小，系統(tǒng)整體性能有了極大的提升。通常情況下，SPWM有單極性和雙極性兩種不同的調(diào)制方式。 T圖2-1 SPWM的輸出波形圖 單極性SPWM在單極性SPWM輸出的每半周期內(nèi)，脈電壓僅有一種極性，負半周期為一U和零，正半周期為十U和零，它的波形調(diào)制工作特點如圖2-2所示。單極性SPWM調(diào)制的工作特點：均在半個周期里面，逆變電橋同一橋臂的兩個逆變器件中僅有一個，按照脈沖系列的法那么;一個是時通時斷的工作，而另一個完全截至;并且在

17、另一個半周期里面，這兩個器件的工作情況剛好相反2。wtU-U 圖2-2 單極性調(diào)制的工作特點圖 雙極性SPWM上述的單極性SPWM 逆變器主電路每相只有一個開關(guān)器件反復(fù)通斷。假使通過同一橋臂上、下兩個不同的開關(guān)器件交替地翻開和關(guān)閉，那么輸出的脈沖在“+和“之間變化，由此就有了雙極性SPWM波形3。雙極性SPWM調(diào)制的工作特點：在逆變橋運作的時候，同一橋臂的兩個逆變器件一直按照相電壓脈沖系列的法那么不斷地翻開與關(guān)閉，時刻進行，從不間斷。具體工作特點如圖2-3 所示。OwtU-U圖2-3 雙極性調(diào)制的工作特點圖第3章 硬件設(shè)計 本正弦波逆變器主要用的是SPWM控制技術(shù)，整體的電路具有簡單的結(jié)構(gòu)而且

18、在機械特性方面也表現(xiàn)良好，同時價格也比擬低廉。這樣的設(shè)計能完美到達題目的需求并且已經(jīng)在各種相關(guān)的行業(yè)里被普遍采用。3.1 電路原理圖圖3-1 主回路原理圖從圖3-1中可以看出，輸入12V直流電壓經(jīng)過濾波電路的這個局部采用電容進行過濾，在逆變的局部采用了四個金屬氧化物半導(dǎo)體管即MOS管組成了一個單相橋式逆變電路，后使用用單極性的調(diào)制方式進行調(diào)制，輸出的SPWM波形過經(jīng)電感、電容組成的LC濾波器濾除高次諧波，得到一個8V的純粹弦波。輸出的8V正弦波電壓經(jīng)過工頻變壓器升壓到220V家用交流電壓4。3.2 原理論述此設(shè)計主要使用的硬件電路有7805降壓電路、電壓檢測電路、全橋逆變電路、IR2104驅(qū)動

19、電路、單片機電路、按鍵設(shè)置電路、顯示模塊、電流檢測電路、LC濾波器、工頻變壓器、以及一些外圍電路，詳細的系統(tǒng)框圖如圖3-2所示。圖3-2 電路系統(tǒng)框圖 單片機的選擇此設(shè)計所采用的單片機是STC12C5A60S2，它能讓系統(tǒng)的功能到完美的實現(xiàn)，可以有效的輸出兩路PWM波形，通過軟硬件設(shè)計，到達多功能的電機控制，此單片機的存儲字節(jié)數(shù)可到達60K之多，并且擁有36個I/O口，具有2路PWM輸出、8路10位ADC轉(zhuǎn)換、每個I/O能設(shè)置成弱/強上拉、高電阻、開漏狀態(tài)，此單片機里面包含上電復(fù)位電路，抗干擾，抗靜電，低本錢，低功耗，性價比高6。本設(shè)計單片機電路圖如圖3-3所示。圖3-3 單片機電路圖 濾波電

20、路濾波電路的作用是把直流電壓過濾，過濾掉其中不平整的脈動，這樣的目的是確保之后的電路環(huán)節(jié)能得到優(yōu)秀質(zhì)量的電壓或電流，本電路的濾波電路局部采用的是電容濾波電路。雖然從理論上來講只要電容值越大那么過濾的效果就越好，但是出于對實際的考慮無論結(jié)構(gòu)上還是價值上都不能這樣，所以要計算電容的實際大小。要設(shè)計一個濾波電路通常都會選擇具有較高電抗性的元件，簡單的濾波電路一般是在負載上并聯(lián)一個電容器或者在負載上串聯(lián)一個電感器，如果同時使用電容和電感組成濾波電路那么被稱為復(fù)式濾波電路。 交流電轉(zhuǎn)換為直流電后會有電壓波動，這里通過電容率波過濾掉電壓波動。當直流電轉(zhuǎn)換為交流電的時候為了在負載得到無畸變的正弦波這里采用復(fù)

21、式濾波器。本設(shè)計采用的濾波電路如圖3-4所示。圖3-4 濾波電路圖 電壓檢測電路由于在電機運行過程中，可能會產(chǎn)生電網(wǎng)電壓波動的情況，如果電網(wǎng)低于某個數(shù)值時，可能會損壞正在運行的用電器，所以需要對母線電壓進行檢測。具體電壓檢測電路如圖3-5所示，由于=12V，而單片機的采樣電壓最高位5V，故采樣電阻比例 (3-1) 這里取R1和R5是100K 和10K， (3-2)1<2,所以滿足條件。 圖3-5 電壓檢測電路圖 全橋逆變電路如圖3-6所示的電橋電路，其電路中需要用到四個場效應(yīng)管， 電路的A端和B端都要與用電器連接。由于直流電接入因此需要挑選具有充分大耐壓值的場效應(yīng)管，此次設(shè)計選用的是IR

22、F540，33A /100V場效應(yīng)管，IRF540場效應(yīng)管不僅滿足耐壓方面的要求而且在通斷時間能夠恰當?shù)陌芽?。 圖3-6 全橋逆變電路圖 驅(qū)動電路的選擇方案一： 基于三極管等元件組成的驅(qū)動電路，這種驅(qū)動電路的好處是價格廉價且結(jié)構(gòu)簡單，但是本設(shè)計的要求的驅(qū)動電路必須高于電源電壓的電路，所以如果選擇這種驅(qū)動電路就需要再為它增加一個驅(qū)動電源，這無疑增加了設(shè)計的難度。方案二：半橋式驅(qū)動電路，本半橋驅(qū)動電路采用IR2104作為它的驅(qū)動芯片，該芯片的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠并且能即大的提升電路的穩(wěn)定性，降低了設(shè)計難度。該芯片采用被動式泵荷升壓原理。上電時，電源流過快恢復(fù)二極管D向電容C充電，C上的端電壓

23、很快升至接近Vcc，這時如果下管導(dǎo)通，C負級被拉低，形成充電回路，會很快充電至接近Vcc，當PWM波形翻轉(zhuǎn)時，芯片輸出反向電平，下管截止，上管導(dǎo)通，C負極電位被抬高到接近電源電壓，水漲船高，C正極電位這時已超過Vcc電源電壓。因有D的存在，該電壓不會向電源倒流，C此時開始向芯片內(nèi)部的高壓側(cè)懸浮驅(qū)動電路供電，C上的端電壓被充至高于電源高壓的Vcc，只要上下管一直輪流導(dǎo)通和截止，C就會不斷向高壓側(cè)懸浮驅(qū)動電路供電，使上管翻開的時候，高壓側(cè)懸浮驅(qū)動電路電壓一直大于上管的S極。采用該芯片降低了整體電路的設(shè)計難度，只要電容C選擇恰當，該電路運行穩(wěn)定8。因為本設(shè)計的要求是簡單的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的電路，無疑第二種

24、方法最能到達要求，所以就選擇方案二。本設(shè)計基于IR2104的半橋式驅(qū)動電路如圖3-7所示。圖3-7 基于IR2104的半橋驅(qū)動電路圖 電流檢測電路方案一：霍爾電流傳感器。電流流經(jīng)霍爾傳感器的線圈能產(chǎn)生磁場，傳感器產(chǎn)生的磁場跟隨電流的大小改變而改變，磁環(huán)內(nèi)的磁場最為強大，由霍爾元件輸出隨磁場變化的電壓信號，通過檢測電壓值從而得到電流的大小。方案二：電阻分壓檢測電路。通過在輸出回路中串聯(lián)采樣電阻，將通過電阻的電流轉(zhuǎn)換成兩端的電壓，通過檢測電壓值從而獲得電流值。該檢測方法電路和程序控制都比擬簡單。要實現(xiàn)對輸出電壓和電流的閉環(huán)控制，必須對輸出電流和電壓進行采樣反應(yīng)。本設(shè)計采用如圖3-8所示的電流檢測電

25、路。為了便于MCU采集，分壓電阻產(chǎn)生的電壓經(jīng)過由LM358構(gòu)成的同相比例放大器放大后，輸入到MCU的ADC端口。 圖3-8 電流檢測電路圖第4章 程序設(shè)計4.1 程序選擇說明要完本錢正弦波逆變器的設(shè)計除了硬件方面的設(shè)計還需要進行開軟件的設(shè)計，為了實現(xiàn)單片機的各種功能，軟件程序的編制是不可缺少的。對于本系統(tǒng)的軟件編程主要有兩種編程語言，分別是匯編和C語言。匯編語言的好處就是運行速度可觀但也擁有不方便編程和調(diào)試困難的缺乏。C語言擁有非常好的可讀性，而且調(diào)試過程非常容易，移植性好。所以本設(shè)計軟件系統(tǒng)使C語言來編寫程序。4.2 SPWM查表根據(jù)正弦波的一系列數(shù)據(jù)進行精確計算得出每個脈沖的寬度和他們之間

26、的間隔，以此來操控開關(guān)器件的通斷來得到PWM波形。SPWM算法按照規(guī)律采用法需要按相同角度步進將正弦波分成等分，本設(shè)計將半波平均分成分成54等分，計算余弦數(shù)值得到一系列數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)做成程序列表，存儲進單片機的ROM里面。Uchar code pwm 54 = 255,240,226,211,196,182,168,154,141,128,115,103,91,80,69,59,50,42,34,27,20,15,10,6,3,1,0,0,1,3,6,10,15,20,27,34,42,50,59,69,80,91,103,115,128,141,154,168,182,196,211,226

27、,240,255;4.3 程序結(jié)構(gòu)流程圖 主程序流程圖本設(shè)計主程序流程圖如圖4-1所示。主程序主要處理對時間要求不敏感的數(shù)據(jù)，例如顯示電壓電流狀況，以及按鍵檢測。本設(shè)計的主程序主要是進行各項初始化程序，查詢ADC檢測數(shù)據(jù)后計算并顯示出相應(yīng)的輸入電壓和輸出電流，通過顯示的電壓電流來控制按鍵檢測程序。 開始 端口初始化LCD1602初始化 顯示“welcome延時100msADC初始化為查詢方式PWM初始化定時器0初始化清屏查詢ADC檢測的數(shù)據(jù)并計算輸入電壓和輸出電流顯示輸入電壓和輸出電流K=1?逆變電路使能開 Yes No逆變電路使能關(guān) 按鍵檢測 圖4-1 主程序流程圖 定時器中斷程序流程圖開始

28、在定時器中斷程序中，通過查表的方式，得到一個單極性SPWM波形。具體程序流程圖如圖4-2所示。將設(shè)定好50HZ輸出正弦波輸出頻率，那么半波即100HZ頻率，為了降低單片機片內(nèi)儲存空間，我們設(shè)定一個半波分辨率為54，即半波的數(shù)組里面有54個數(shù)據(jù)，這54個數(shù)據(jù)對應(yīng)的是一個正弦半波中的SPWM的占空比。那么每個占空比保持的時間是1/100/54185us。我們設(shè)置定時器為每185us進入一次中斷，每進來一次就降此時對應(yīng)的數(shù)組里面的數(shù)據(jù)賦給硬件PWM，給左邊的半橋輸入SPWM控制信號，當次數(shù)超過54次后，數(shù)組又回到最開始，給另外一個半橋輸入控制SPWM信號。這樣循環(huán)往復(fù)，就得到一個完整的SPWM波形。

29、定時器0重裝初值計數(shù)器0數(shù)值賦給alock=0?index+ No index>53? 關(guān)閉PCA計數(shù)器；index=0；zf=zf；index No Yeszf=1?前半周期？ No右半橋翻開，左半橋關(guān)閉左半橋翻開，右半橋關(guān)閉 YesPCA開始計數(shù)zf=1?前半周期？ No右半橋PWM賦值 Yes左半橋PWM賦值結(jié)束 圖4-2 中斷程序流程圖 按鍵程序流程圖本設(shè)計按鍵流程圖如圖4-3所示。按鍵程序中主要是控制機器的逆變H橋的工作的使能，按第一下，H橋工作，再按下后取反，H橋停止工作。按鍵1控制頻率的增加，按鍵2控制頻率的減小，按鍵3控制IC2104使能是否工作。 進入有按鍵按下？No延

30、時10msBreak頻率>99Hz？按鍵1按下？ Yes Yes頻率=99Hz頻率+ 按鍵2按下？頻率<2Hz Yes NoBreak頻率-頻率=2Hz YesNoIC2104使能開半橋工作K=1?K取反按鍵3按下？YesBreak Yes NoIC2104使能關(guān)半橋不工作default退出 圖4-3 按鍵程序流程圖4.3.4 ADC檢測數(shù)據(jù)程序在如圖4-4所示ADC檢測數(shù)據(jù)這個子程序中，這里用數(shù)字平均濾波算法，采集200個數(shù)據(jù)，然后取平均值，使得到的數(shù)據(jù)更加接近真實狀況，使得顯示出來的電壓和電流不會亂跳，抗干擾能力得很大的提高。進入 count=0Nocount<200?c

31、ount+Yes啟動該通道的AD轉(zhuǎn)換ADC轉(zhuǎn)換完成？ No獲得ADC數(shù)據(jù)Yesvalue=value+ADC數(shù)據(jù)value=value/200返回value數(shù)字退出 圖4-4 ADC檢測數(shù)據(jù)程序流程圖第5章 系統(tǒng)測試5.1 單片機輸出波形測試 測試儀器因為要對單片機輸出電壓和SPWM波形進行測試，所以需要示波器。實驗采用Siglent雙通道200M示波器。 測試方法第一步：將雙通道示波器的兩個探針接在單片機輸出PWM的引腳；第二步：記錄波形數(shù)據(jù)；第三步：改變單片機輸出SPWM的頻率，返回第一步操作，直到調(diào)出50HZ的SPWM 波測試完。 測試結(jié)果 把示波器的其中一個探針接到其中一個PWM輸出端

32、口，另一個探針接到另外一個端口，得到的SPWM波形，經(jīng)過LC濾波后出來的波形如圖5-1所示。接入LC濾波器后，SPWM波形變?yōu)榧兇庀也?。圖5-1 輸出結(jié)果波形圖經(jīng)過測試，該設(shè)計能輸出10V/50HZ的正弦波，其中SPWM波形設(shè)有死區(qū)時間，在軟件上防止了單向電橋的共態(tài)導(dǎo)通。5.2 電路效率測試 測試儀器需要測試電源的帶載性能及效率，需要萬用表和負載。1.可調(diào)壓電源：本實驗采用兆信30/5A數(shù)顯線性電源。2.萬用表：深圳勝利VC980+數(shù)字萬用表，數(shù)量為4個。3.負載：負載為100W 50的環(huán)形滑動變阻器。4.示波器：單片機輸出的載波頻率為47KHZ。 測試方式測試示意圖如圖5-2所示： 圖5-2

33、 測試圖測試步驟：第一步：按照測試圖接好電流表電壓表和大功率滑動變阻器，滑動變阻器調(diào)到最大；第二步：翻開試驗用可調(diào)電源打到12V；第三步：逐步調(diào)大滑動變阻器的電阻值，記錄V2，A2，A1，V1的變化數(shù)據(jù)； 第四步：逐步調(diào)整調(diào)節(jié)滑動變阻器，每調(diào)整一次做一次的記錄； 第五步：返回第四步，直到輸出電流過大，到達自保護的狀態(tài)。 測試結(jié)果測試額定功率下的供電效率，測試結(jié)果如下表所示。表5-1 輸入輸出電流電壓記錄表U1(V)(DC)I1(A)(DC)U2(V)(AC)I2(A)(AC)效率0.20 8.4 0.21 0.74 0.34 8.4 0.42 0.85 0.46 8.4 0.61 0

34、.91 0.60 8.4 0.80 0.92 0.76 8.4 1.02 0.93 0.88 8.4 1.21 0.95 1.01 8.4 1.39 0.95 1.17 8.4 1.61 0.95 1.30 8.4 1.81 0.96 1.45 8.4 2.02 0.96 0.10 0.0 0.00 0.00 由以上數(shù)據(jù)得到：滿載輸出情況下，供電效率為96%。 第6章 結(jié)束語6.1 結(jié)論 SPWM逆變電源設(shè)計全面闡述了正弦波逆變器的根本結(jié)構(gòu)、驅(qū)動原理以及硬件軟件的設(shè)計。本文所設(shè)計的基于51單片機的正弦波逆變器具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、保護功能完善等特點。主要實現(xiàn)了如下功能：(1)采用STC12C5A6

35、0S2作為控制核心，加強智能控制； (2)具有平安控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)了系統(tǒng)的過流保護、堵轉(zhuǎn)保護；(3)設(shè)計了驅(qū)動電路、控制電路的設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性：(4)系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計，為二次開發(fā)提供了非常便利的條件。6.2 存在問題由于時間和能力方面的限制，本文所設(shè)計的正弦波逆變器還有進一步改善的方法，使系統(tǒng)具有更好的靈活性和穩(wěn)定性。致謝本論文是在肖杰老師的全力指導(dǎo)下完成的，首先要對肖杰老師表示最衷心、最誠摯地感謝！本論文的選題、設(shè)計到最后的完成與他精心地指導(dǎo)，時時的催促和認真的修改是分不開的。在拿到課題時，他耐心仔細的向我講述設(shè)計的原理及知識重點是什么，并一再表示有不懂得可以隨時去問他。中期檢查

36、的時候，他認真詢問了我的設(shè)計進展及我的大體設(shè)計思路，并對我的缺乏之處及不會的地方給予了專業(yè)的指導(dǎo)。肖老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，耐心的指導(dǎo)以及對工作兢兢業(yè)業(yè)，是我們學(xué)習(xí)的典范，給我們留下了深刻的印象，使我深受感染。同時，我也深深的感謝大學(xué)過程中給我傳授知識的老師和一起相處的同學(xué)給我無私的關(guān)心和幫助。在我遇到學(xué)術(shù)問題時，各位老師總能滿心的解決我的疑問。在我感到失望，煩躁時，身邊的同學(xué)總會開導(dǎo)我，撫慰我。在我取得進步時，和我一起快樂，謝謝你們和一起分享大學(xué)生活中的點點滴滴，酸甜苦辣！參考文獻1 魏偉.正弦波逆變電源的研究現(xiàn)狀與開展趨勢J.電氣技術(shù),2021,(11):5-7.2 桂愛剛,萬火金,劉建國.

37、單極性SPWM波形調(diào)制開關(guān)點計算及其諧波分析J.江西能源,2021,(02):26-29.3 石新春,陳雷,張玉平. 雙極性SPWM調(diào)制的單相工頻正弦波逆變器的設(shè)計J.通信電源技術(shù),2021,(04):53-56.4 張彥兵,寧媛,袁浩.基于SPWM控制的正弦波逆變器的研究與設(shè)計J.工業(yè)控制計算機,2021,(08) :67-70.5 周俊杰,錢曉耀,陳上挺.一種基于PIC系列單片機的SPWM逆變電源TM.2021,(04):100-110.6 李娜,邵利敏,趙秋霞,郭燕霞.基于16位單片機的逆變電源系統(tǒng)的設(shè)計TM.2007,(10):91-98.7 張竹,張代潤,何易桓,王超. 一種多功能逆

38、變電源的設(shè)計與實現(xiàn)J. 電源世界, 2021,(01):88-94.8 劉劍飛,王富洲.新型IGBT半橋驅(qū)動芯片IR22141應(yīng)用研究J. 微電機. 2021,(04):23-26.9 林立,張俊亮.單片機原理及其應(yīng)用M. 北京：電子工業(yè)出版社,2021.10 郭天祥. 51單片機C語言教程M. 北京：電子工業(yè)出版社,2000. 附錄一：總電路原理圖附錄二：實物效果圖附錄三：程序代碼/*spwm產(chǎn)生程序*/*單片機STC12C5A60S2，晶振，正弦波50Hz，spwm波形21.6KHz*/#include <STC12C5A60S2.H>#include <intrins.

39、h> /*use _nop_() function*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ADC_FLAG 0X10uchar code pwm54=255,240,226,211,196,182,168,154,141,128,115,103,91,80,69,59,50,42,34,27,20,15,10,6,3,1,0,0,1,3,6,10,15,20,27,34,42,50,59,69,80,91,103,115,128,141,154,168,182,196,211,226,240,255; /

40、 反正弦變化uchar code Hz=0x26,0x7D,0x6E,0xFD,0x93,0x3E,0xA8,0xFE, /250xB7,0x7E,0xC1,0xD9,0xC9,0x9E,0xCF,0xA9,0xD4,0x7E,0xD8,0x73,0xDB,0xBE,0xDE,0x88,0xE0,0xEC,0xE2,0xFE, /11150xE4,0xCE,0xE6,0x68,0xE7,0xD4,0xE9,0x19,0xEA,0x3E,0xEB,0x53,0xEC,0x44,0xED,0x20,0xED,0xE9,0xEE,0xA2, /21250xEF,0x4D,0xEF,0xEB,0xF0

41、,0x7E,0xF1,0x07,0xF1,0x87,0xF1,0xFE,0xF2,0x6E,0xF2,0xD7,0xF3,0x3B,0xF3,0x98, /31350xF3,0xF0,0xF4,0x43,0xF4,0x93,0xF4,0xDD,0xF5,0x25,0xF5,0x68,0xF5,0xA9,0xF5,0xE7,0xF6,0x21,0xF6,0x59, /41450xF6,0x8F,0xF6,0xC2,0xF6,0xF4,0xF7,0x23,0xF7,0x50,0xF7,0x7C,0xF7,0xA6,0xF7,0xCE,0xF7,0xF5,0xF8,0x1A, /51550xF8,0

42、x3E,0xF8,0x61,0xF8,0x83,0xF8,0xA3,0xF8,0xC3,0xF8,0xE1,0xF8,0xFE,0xF9,0x1B,0xF9,0x36,0xF9,0x51, /61650xF9,0x6B,0xF9,0x84,0xF9,0x9D,0xF9,0xB4,0xF9,0xCB,0xF9,0xE2,0xF9,0xF7,0xFA,0x0C,0xFA,0x21,0xFA,0x35, /71750xFA,0x49,0xFA,0x5B,0xFA,0x6E,0xFA,0x80,0xFA,0x92,0xFA,0xA3,0xFA,0xB3,0xFA,0xC4,0xFA,0xD4,0xFA

43、,0xE3, /81850xFA,0xF3,0xFB,0x01,0xFB,0x10,0xFB,0x1E,0xFB,0x2C,0xFB,0x39,0xFB,0x47,0xFB,0x54,0xFB,0x60,0xFB,0x6D, /91950xFB,0x79,0xFB,0x85,0xFB,0x91,0xFB,0x9C,0xFB,0xA7; /定時器 2100Hzsbit SD1=P32; /第一橋臂，和P13對應(yīng)同一塊ir2104sbit SD2=P33; /第二橋臂, 和P14對應(yīng)同一塊ir2104sbit P13=P13; /PCA模塊0輸出sbit P14=P14; /PCA模塊1輸出sbi

44、t P10=P10; /電流檢測sbit P11=P11; /電壓檢測sbit key1 = P21;/oksbit key2 = P22;/+sbit key3 = P23;/-uint index=0; /查表數(shù)值uchar last_key;/按鍵變量uchar TH_x=0xF7;/定時器高位數(shù)值uchar TL_x=0x7C;/定時器高位數(shù)值uchar Hz_x=50;/當前變頻器頻率bit zf=0; /前后半周期標志bit K=1;/按鍵保護bit C;/過流保護bit lock=1; /PWM輸出鎖定void delay();void key_scan();void Key_1

45、_();void Key_2_();void Key_3_();void init_pca();void init_timer();/*函數(shù)說明： 延時程序*/void delay(uchar t)uint j;uchar i;for(i=0;i<t;i+)for(j=0;j<1000;j+);/*函數(shù)說明： pca計數(shù)器初始化函數(shù)*/void init_pca(void)CMOD=0x02; /計數(shù)器0的溢出為PCA計數(shù)器的時鐘源，允許pca中斷使能，PDF資料上錯誤CCON=0x00;CCAPM0=0x42; /8位PWM輸出，無中斷CCAPM1=0x42; /8位PWM輸出，無中斷CL=0x00; /清零pca計數(shù)器