1、基于单片机的SPWM逆变电源设计逆变电源的国内外研究现状 目前，逆变电源大多采用正弦波脉宽调制，即目前，逆变电源大多采用正弦波脉宽调制，即SPWMSPWM技术。逆变电技术。逆变电源以数字化控制为发展趋势，是现代逆变电源发展功率电子器件的大源以数字化控制为发展趋势，是现代逆变电源发展功率电子器件的大功率研究的一个热点。功率研究的一个热点。 逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，电力电逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，电力电子器件的发展带动着逆变电源的发展。子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逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的术飞速发展的202
2、0世纪世纪6060年代，到日前为止，它已经历了三个发展阶段。年代，到日前为止，它已经历了三个发展阶段。 第一代逆变电源是采用晶闸管第一代逆变电源是采用晶闸管(SCR)(SCR)作为逆变器的开关器件，第作为逆变器的开关器件，第二代逆变电源是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。第三代逆变二代逆变电源是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。第三代逆变电源采用了实时反馈控制技术，使逆变电源的性能得到提高。电源采用了实时反馈控制技术，使逆变电源的性能得到提高。逆变电源的介绍 逆变电源是一种采用电力电子技术是进行电能变换的装置，它从逆变电源是一种采用电力电子技术是进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得稳
3、压恒频的交流输出。逆变电源广泛应用于航空、交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。逆变电源广泛应用于航空、航海、电力、铁路交通、邮电通信等诸多领域航海、电力、铁路交通、邮电通信等诸多领域。 逆变电源也是一种产生交流电的装置，它具有以下优点：逆变电源也是一种产生交流电的装置，它具有以下优点： 1) 1)变频，逆变电源将市电转化为用户所需的交流电；变频，逆变电源将市电转化为用户所需的交流电； 2) 2)变相，逆变电源能将单相交流电转化为三相交流电；变相，逆变电源能将单相交流电转化为三相交流电； 3) 3)逆变电源能将直流电转化为交流电。逆变电源能将直流电转化为交流电。本设计的主要研究内容n 掌握掌握
4、5151单片机及单片机及SPWMSPWM调制的有关知识；调制的有关知识；n 设计系统的总体设计方案；设计系统的总体设计方案；n 设计系统的硬件电路，包括单片机控制电路设计，设计系统的硬件电路，包括单片机控制电路设计，TLP250TLP250驱动电路的驱动电路的设计，滤波电路设计，逆变桥电路设计，系统保护电路设计；设计，滤波电路设计，逆变桥电路设计，系统保护电路设计；n 设计系统的程序流程；设计系统的程序流程；1 系统的总体设计方案系统总体框图系统的工作原理 系统的工作原理：三相电压系统的工作原理：三相电压380V380V经整流滤波变成高压直流经整流滤波变成高压直流电压，后级逆变电路采用电压，后
5、级逆变电路采用SPWMSPWM控制方式，通过对逆变桥采用正控制方式，通过对逆变桥采用正弦脉宽调制控制，逆变输出电压经过电感、电容滤波后，最终弦脉宽调制控制，逆变输出电压经过电感、电容滤波后，最终在负载上得到在负载上得到220V/50Hz220V/50Hz的正弦波交流电。的正弦波交流电。 系统中输出采样电路的采样电压通过系统中输出采样电路的采样电压通过ADC0809ADC0809转换成数字信转换成数字信号，送给单片机。单片机根据这个电压采样值进行中位值滤波、号，送给单片机。单片机根据这个电压采样值进行中位值滤波、PIPI控制算出电压值，单片机再通过控制算出电压值，单片机再通过P0P0口把数据送到
6、口把数据送到SA4848SA4848中，中，来控制来控制SPWMSPWM波发生器输出的波发生器输出的SPWMSPWM波形参数，从而控制逆变桥两波形参数，从而控制逆变桥两个桥臂的控制信号个桥臂的控制信号RPHTRPHT、RPHBRPHB，改变输出电压的幅值。，改变输出电压的幅值。SPWMSPWM发发生器产生的生器产生的SPWMSPWM波经四个驱动隔离电路去驱动逆变电路，从而波经四个驱动隔离电路去驱动逆变电路，从而把整流滤波后得到的直流电逆变成稳定交流电。把整流滤波后得到的直流电逆变成稳定交流电。 系统单片机采用系统单片机采用AT89C51AT89C51，SPWMSPWM波发生器采用波发生器采用S
7、A4828SA4828三相三相SPWMSPWM波发生器，这里我们只使用其一相输出波形，驱动隔离电波发生器，这里我们只使用其一相输出波形，驱动隔离电路采用路采用TLP250TLP250，主电路采用高压整流模块和，主电路采用高压整流模块和IGBTIGBT模块，输出采模块，输出采样模块使用样模块使用ADC0809ADC0809。2 系统硬件设计系统硬件电路有以下几个部分组成：系统硬件电路有以下几个部分组成：n 系统主电路系统主电路n 单片机最小系统单片机最小系统n 采样电路及采样电路及A/DA/D转换电路转换电路n SPWMSPWM波产生电路波产生电路n TLP250TLP250驱动电路驱动电路n
8、系统保护电路系统保护电路系统主电路及单片机时钟、复位电路 系统主电路时钟电路复位电路采样电路及A/D转换电路采样电路A/D转换电路SPWM波产生电路 SA4828的SETTRIP引脚接反相器的输出脚，使单片机能够在异常情况下封锁SA4828的输出，SA4828的/TRIP 引脚接一只发光二极管，当SA4828的输出被封锁时，发光二极管亮，用来显示封锁状态。TLP250驱动电路 因为主电路电压均为高电压、大电流情况，而控制单元为弱电电路，所以它们之间必须采取光电隔离措施，以提高系统抗干扰能力。光耦TLP250是一种可直接驱动小功率MOSFET和IGBT 的功率型光耦，其最大驱动能力达1.5A。系
9、统保护电路 输出过流保护是指电源输出电流超过所设定的允许值时，使电源不受损坏的技术措施。 输入过压欠压保护是指当系统输入电压太高或太低而引起电源输出电压失控的情况。系统保护电路输出短路保护是指电源输出短路时，使电源不受损坏的技术措施。 随着温度的升高，电子元件的性能都会下降甚至损坏，因此我们必须在系统内加装散热风扇，另外还应当对电源关键部位的温度进行监测，防止因温度过高而引起元器件的损坏。系统保护电路本系统用到一个5V的电源（主要由7805组成）和12V电源（主要由7812组成）3 系统软件设计 图为系统的主程序流程图，系统开机后，先复位SA4828，然后对其初始化寄存器和控制寄存器进行编程，
10、在此之后，单片机AT89C51不断通过ADC0809采样输出电压值，调整SA4828控制数据中的调制幅度值，使输出电压稳定下来。系统的主程序流程图采样子程序 启动ADC0809的工作过程是：先由ALE信号锁存通道地址000，后由START有效启动A/D转换，即执行一条MOVX DPTR,A指令产生WR信号，使ALE、START有效，锁存通道号并启动A/D转换。A/D转换完毕，EOC端发出一正脉冲供单片机查询，最后执行MOVX A,DPTR产生/RD信号使OE端有效，打开输出锁存器三态门，8位数据就读入到单片机中。PI子程序 把采样值与系统设定电压值（本系统为220V）进行比较，求出偏差E(n)
11、,再判断此时的偏差是否在允许的范围内，如果是，则不改变SA4828中的控制数据，如果超过了允许范围，就采用的PI控制算法去计算出此时的控制调制幅度值, 改变SA4828中的控制数据。滤波子程序 中位值滤波是对某一被测参数连续采样n次（一般n取奇数），然后把n次采样值按大小排列，取中间值为本次采样值，本系统我们取n为7，并用冒泡排序法来对采样值进行排序。中位值滤波能有效地克服偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰。对温度、液位等缓慢变化的被测参数采用此法能收到良好的滤波效果，但对于流量、压力等快速变化的参数一般不宜采用中位值滤波。写控制字子程序 各控制寄存器编程值为：R00EBH，
12、R168H，R206H，RR500H，R3则根据系统控制程序来设定。中断子程序 当电源系统中的单片机检测到过压、欠压、过流或过热信号时，置报警标志位为1，同时启动定时器T0，当定时器定时时间到后，单片机再检查过压、欠压、过流或过热信号是否仍然存在，若存在，则关闭输出并发出故障报警，若过压、欠压、过流或过热信号已不存在了，则不关闭输出也不发出报警，报警标志位清0。这样处理，我们可以有效地防止电源的故障误报警。总结 本次毕业论文设计：基于单片机的本次毕业论文设计：基于单片机的SPWM的逆变电源的设计，已经基的逆变电源的设计，已经基本完成。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
13、 阐述了逆变器的国内外研究的现状及研究的意义；阐述了逆变器的国内外研究的现状及研究的意义；n 明确设计任务，结合现有实际条件，确立自己的设计方案；明确设计任务，结合现有实际条件，确立自己的设计方案；n 对自己确立的方案进行硬件实现，先分模块进行设计（包括系统主电对自己确立的方案进行硬件实现，先分模块进行设计（包括系统主电路、采样电路、路、采样电路、A/D转换电路、单片机控制电路、转换电路、单片机控制电路、SPWM产生芯片产生芯片SA4828电路、驱动电路、系统保护电路），再整合各个子模块，完电路、驱动电路、系统保护电路），再整合各个子模块，完成系统的硬件电路图，并用成系统的硬件电路图，并用proteus绘制出整个系统总体电路图。绘制出整个系统总体电路图。n 基于系统的硬件条件，进行系统软件设计（包括系统主程序、采样子基于系统的硬件条件，进行系统软件设计（包括系统主程序、采样子程序、滤波子程序、程序、滤波子程序、PI子程序、写控制字子程序、中断子程序），并子程序、写控制字子程序、中断子程序），并对各个部分进行分析。对各个部分进行分析。谢谢
