基于單片機(jī)的SPWM逆變電源設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的SPWM逆變電源設(shè)計(jì)逆變電源的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，逆變電源大多采用正弦波脈寬調(diào)制，即目前，逆變電源大多采用正弦波脈寬調(diào)制，即SPWMSPWM技術(shù)。逆變電技術(shù)。逆變電源以數(shù)字化控制為發(fā)展趨勢，是現(xiàn)代逆變電源發(fā)展功率電子器件的大源以數(shù)字化控制為發(fā)展趨勢，是現(xiàn)代逆變電源發(fā)展功率電子器件的大功率研究的一個熱點(diǎn)。功率研究的一個熱點(diǎn)。 逆變電源的發(fā)展是和電力電子器件的發(fā)展聯(lián)系在一起的，電力電逆變電源的發(fā)展是和電力電子器件的發(fā)展聯(lián)系在一起的，電力電子器件的發(fā)展帶動著逆變電源的發(fā)展。子器件的發(fā)展帶動著逆變電源的發(fā)展。 逆變電源出現(xiàn)于電力電子技逆變電源出現(xiàn)于電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的術(shù)飛速發(fā)展的202

2、0世紀(jì)世紀(jì)6060年代，到日前為止，它已經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。年代，到日前為止，它已經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。 第一代逆變電源是采用晶閘管第一代逆變電源是采用晶閘管(SCR)(SCR)作為逆變器的開關(guān)器件，第作為逆變器的開關(guān)器件，第二代逆變電源是采用自關(guān)斷器件作為逆變器的開關(guān)器件。第三代逆變二代逆變電源是采用自關(guān)斷器件作為逆變器的開關(guān)器件。第三代逆變電源采用了實(shí)時反饋控制技術(shù)，使逆變電源的性能得到提高。電源采用了實(shí)時反饋控制技術(shù)，使逆變電源的性能得到提高。逆變電源的介紹 逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)是進(jìn)行電能變換的裝置，它從逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)是進(jìn)行電能變換的裝置，它從交流或直流輸入獲得穩(wěn)

3、壓恒頻的交流輸出。逆變電源廣泛應(yīng)用于航空、交流或直流輸入獲得穩(wěn)壓恒頻的交流輸出。逆變電源廣泛應(yīng)用于航空、航海、電力、鐵路交通、郵電通信等諸多領(lǐng)域航海、電力、鐵路交通、郵電通信等諸多領(lǐng)域。 逆變電源也是一種產(chǎn)生交流電的裝置，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：逆變電源也是一種產(chǎn)生交流電的裝置，它具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1) 1)變頻，逆變電源將市電轉(zhuǎn)化為用戶所需的交流電；變頻，逆變電源將市電轉(zhuǎn)化為用戶所需的交流電； 2) 2)變相，逆變電源能將單相交流電轉(zhuǎn)化為三相交流電；變相，逆變電源能將單相交流電轉(zhuǎn)化為三相交流電； 3) 3)逆變電源能將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。逆變電源能將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。本設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容n 掌握掌握

4、5151單片機(jī)及單片機(jī)及SPWMSPWM調(diào)制的有關(guān)知識；調(diào)制的有關(guān)知識；n 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案；設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案；n 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路，包括單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路，包括單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)，TLP250TLP250驅(qū)動電路的驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)，濾波電路設(shè)計(jì)，逆變橋電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)，濾波電路設(shè)計(jì)，逆變橋電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)；n 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序流程；設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序流程；1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)的工作原理 系統(tǒng)的工作原理：三相電壓系統(tǒng)的工作原理：三相電壓380V380V經(jīng)整流濾波變成高壓直流經(jīng)整流濾波變成高壓直流電壓，后級逆變電路采用電壓，后

5、級逆變電路采用SPWMSPWM控制方式，通過對逆變橋采用正控制方式，通過對逆變橋采用正弦脈寬調(diào)制控制，逆變輸出電壓經(jīng)過電感、電容濾波后，最終弦脈寬調(diào)制控制，逆變輸出電壓經(jīng)過電感、電容濾波后，最終在負(fù)載上得到在負(fù)載上得到220V/50Hz220V/50Hz的正弦波交流電。的正弦波交流電。 系統(tǒng)中輸出采樣電路的采樣電壓通過系統(tǒng)中輸出采樣電路的采樣電壓通過ADC0809ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送給單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)這個電壓采樣值進(jìn)行中位值濾波、號，送給單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)這個電壓采樣值進(jìn)行中位值濾波、PIPI控制算出電壓值，單片機(jī)再通過控制算出電壓值，單片機(jī)再通過P0P0口把數(shù)據(jù)送到

6、口把數(shù)據(jù)送到SA4848SA4848中，中，來控制來控制SPWMSPWM波發(fā)生器輸出的波發(fā)生器輸出的SPWMSPWM波形參數(shù)，從而控制逆變橋兩波形參數(shù)，從而控制逆變橋兩個橋臂的控制信號個橋臂的控制信號RPHTRPHT、RPHBRPHB，改變輸出電壓的幅值。，改變輸出電壓的幅值。SPWMSPWM發(fā)發(fā)生器產(chǎn)生的生器產(chǎn)生的SPWMSPWM波經(jīng)四個驅(qū)動隔離電路去驅(qū)動逆變電路，從而波經(jīng)四個驅(qū)動隔離電路去驅(qū)動逆變電路，從而把整流濾波后得到的直流電逆變成穩(wěn)定交流電。把整流濾波后得到的直流電逆變成穩(wěn)定交流電。 系統(tǒng)單片機(jī)采用系統(tǒng)單片機(jī)采用AT89C51AT89C51，SPWMSPWM波發(fā)生器采用波發(fā)生器采用S

7、A4828SA4828三相三相SPWMSPWM波發(fā)生器，這里我們只使用其一相輸出波形，驅(qū)動隔離電波發(fā)生器，這里我們只使用其一相輸出波形，驅(qū)動隔離電路采用路采用TLP250TLP250，主電路采用高壓整流模塊和，主電路采用高壓整流模塊和IGBTIGBT模塊，輸出采模塊，輸出采樣模塊使用樣模塊使用ADC0809ADC0809。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路有以下幾個部分組成：系統(tǒng)硬件電路有以下幾個部分組成：n 系統(tǒng)主電路系統(tǒng)主電路n 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)n 采樣電路及采樣電路及A/DA/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路n SPWMSPWM波產(chǎn)生電路波產(chǎn)生電路n TLP250TLP250驅(qū)動電路驅(qū)動電路n

8、系統(tǒng)保護(hù)電路系統(tǒng)保護(hù)電路系統(tǒng)主電路及單片機(jī)時鐘、復(fù)位電路 系統(tǒng)主電路時鐘電路復(fù)位電路采樣電路及A/D轉(zhuǎn)換電路采樣電路A/D轉(zhuǎn)換電路SPWM波產(chǎn)生電路 SA4828的SETTRIP引腳接反相器的輸出腳，使單片機(jī)能夠在異常情況下封鎖SA4828的輸出，SA4828的/TRIP 引腳接一只發(fā)光二極管，當(dāng)SA4828的輸出被封鎖時，發(fā)光二極管亮，用來顯示封鎖狀態(tài)。TLP250驅(qū)動電路 因?yàn)橹麟娐冯妷壕鶠楦唠妷?、大電流情況，而控制單元為弱電電路，所以它們之間必須采取光電隔離措施，以提高系統(tǒng)抗干擾能力。光耦TLP250是一種可直接驅(qū)動小功率MOSFET和IGBT 的功率型光耦，其最大驅(qū)動能力達(dá)1.5A。系

9、統(tǒng)保護(hù)電路 輸出過流保護(hù)是指電源輸出電流超過所設(shè)定的允許值時，使電源不受損壞的技術(shù)措施。 輸入過壓欠壓保護(hù)是指當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓太高或太低而引起電源輸出電壓失控的情況。系統(tǒng)保護(hù)電路輸出短路保護(hù)是指電源輸出短路時，使電源不受損壞的技術(shù)措施。 隨著溫度的升高，電子元件的性能都會下降甚至損壞，因此我們必須在系統(tǒng)內(nèi)加裝散熱風(fēng)扇，另外還應(yīng)當(dāng)對電源關(guān)鍵部位的溫度進(jìn)行監(jiān)測，防止因溫度過高而引起元器件的損壞。系統(tǒng)保護(hù)電路本系統(tǒng)用到一個5V的電源（主要由7805組成）和12V電源（主要由7812組成）3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 圖為系統(tǒng)的主程序流程圖，系統(tǒng)開機(jī)后，先復(fù)位SA4828，然后對其初始化寄存器和控制寄存器進(jìn)行編程，

10、在此之后，單片機(jī)AT89C51不斷通過ADC0809采樣輸出電壓值，調(diào)整SA4828控制數(shù)據(jù)中的調(diào)制幅度值，使輸出電壓穩(wěn)定下來。系統(tǒng)的主程序流程圖采樣子程序 啟動ADC0809的工作過程是：先由ALE信號鎖存通道地址000，后由START有效啟動A/D轉(zhuǎn)換，即執(zhí)行一條MOVX DPTR,A指令產(chǎn)生WR信號，使ALE、START有效，鎖存通道號并啟動A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換完畢，EOC端發(fā)出一正脈沖供單片機(jī)查詢，最后執(zhí)行MOVX A,DPTR產(chǎn)生/RD信號使OE端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)門，8位數(shù)據(jù)就讀入到單片機(jī)中。PI子程序 把采樣值與系統(tǒng)設(shè)定電壓值（本系統(tǒng)為220V）進(jìn)行比較，求出偏差E(n)

11、,再判斷此時的偏差是否在允許的范圍內(nèi)，如果是，則不改變SA4828中的控制數(shù)據(jù)，如果超過了允許范圍，就采用的PI控制算法去計(jì)算出此時的控制調(diào)制幅度值, 改變SA4828中的控制數(shù)據(jù)。濾波子程序 中位值濾波是對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣n次（一般n取奇數(shù)），然后把n次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值，本系統(tǒng)我們?nèi)為7，并用冒泡排序法來對采樣值進(jìn)行排序。中位值濾波能有效地克服偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定引起的誤碼等脈沖干擾。對溫度、液位等緩慢變化的被測參數(shù)采用此法能收到良好的濾波效果，但對于流量、壓力等快速變化的參數(shù)一般不宜采用中位值濾波。寫控制字子程序 各控制寄存器編程值為：R00EBH，

12、R168H，R206H，RR500H，R3則根據(jù)系統(tǒng)控制程序來設(shè)定。中斷子程序 當(dāng)電源系統(tǒng)中的單片機(jī)檢測到過壓、欠壓、過流或過熱信號時，置報警標(biāo)志位為1，同時啟動定時器T0，當(dāng)定時器定時時間到后，單片機(jī)再檢查過壓、欠壓、過流或過熱信號是否仍然存在，若存在，則關(guān)閉輸出并發(fā)出故障報警，若過壓、欠壓、過流或過熱信號已不存在了，則不關(guān)閉輸出也不發(fā)出報警，報警標(biāo)志位清0。這樣處理，我們可以有效地防止電源的故障誤報警?？偨Y(jié) 本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)：基于單片機(jī)的本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)：基于單片機(jī)的SPWM的逆變電源的設(shè)計(jì)，已經(jīng)基的逆變電源的設(shè)計(jì)，已經(jīng)基本完成。本完成。 本文所做的主要工作如下：本文所做的主要工作如下：n 闡述了逆變器的國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及研究的意義；闡述了逆變器的國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及研究的意義；n 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)際條件，確立自己的設(shè)計(jì)方案；明確設(shè)計(jì)任務(wù)，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)際條件，確立自己的設(shè)計(jì)方案；n 對自己確立的方案進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)，先分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)（包括系統(tǒng)主電對自己確立的方案進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)，先分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)（包括系統(tǒng)主電路、采樣電路、路、采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、SPWM產(chǎn)生芯片產(chǎn)生芯片SA4828電路、驅(qū)動電路、系統(tǒng)保護(hù)電路），再整合各個子模塊，完電路、驅(qū)動電路、系統(tǒng)保護(hù)電路），再整合各個子模塊