solarbe文库
首页 solarbe文库 > 资源分类 > PDF文档下载

基于单片机的小功率逆变器的设计与实现

  • 资源大小:250.48KB        全文页数:3页
  • 资源格式: PDF        下载权限:游客/注册会员/VIP会员    下载费用:3金币 【人民币3元】
游客快捷下载 游客一键下载
会员登录下载
下载资源需要3金币 【人民币3元】

邮箱/手机:
温馨提示:
支付成功后,系统会根据您填写的邮箱或者手机号作为您下次登录的用户名和密码(如填写的是手机,那登陆用户名和密码就是手机号),方便下次登录下载和查询订单;
特别说明:
请自助下载,系统不会自动发送文件的哦;
支付方式: 微信支付    支付宝   
验证码:   换一换

 
友情提示
2、本站资源不支持迅雷下载,请使用浏览器直接下载(不支持QQ浏览器)
3、本站资源下载后的文档和图纸-无水印,预览文档经过压缩,下载后原文更清晰   
4、下载无积分?请看这里!
积分获取规则:
1充值vip,全站共享文档免费下;直达》》
2注册即送10积分;直达》》
3上传文档通过审核获取5积分,用户下载获取积分总额;直达》》
4邀请好友访问随机获取1-3积分;直达》》
5邀请好友注册随机获取3-5积分;直达》》
6每日打卡赠送1-10积分。直达》》

基于单片机的小功率逆变器的设计与实现

2 0 1 2 年 2 月 1 5 日第 3 5 卷第 4 期现代电子技术M o d e r n E l e c t r o n i c s T e c h n i q u eF e b . 2 0 1 2V o l . 3 5N o . 4基于单片机的小功率逆变器的设计与实现朱立为 , 蒋品群 , 廖志贤( 广西师范大学 电子工程学院 , 广西 桂林 5 4 1 0 0 4 )摘 要 为了提高逆变器的整体性能 , 以 S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 单片机为 核 心 , 设 计 并 实 现 了 一 个 小 功 率 逆 变 器 。 通 过 单 片 机直接产生脉宽调制波 , 控制功率开关器件组成的桥电路实现逆变 。 根据单片机对外部电位器上电压的采样值对输出电压的幅值进行控制 , 使得输出电压幅 度 可 调 。 采 用 数 / 模 电 路 结 合 设 计 , 使 得 逆 变 器 的 体 积 大 大 减 小 。 硬 件 上 的 功 能 模 块 化 设计 , 使整个系统的检测性和操控性大大加强 。 该逆变器电路简单 , 工作稳定可靠 , 且易于升级 , 具有较大的推广应用价值 。关键词 逆变器 ; 单片机 ; 脉宽调制 ; 功率开关器中图分类号 T N 9 1 1 - 3 4 ; TM 4 6 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 - 3 7 3 X ( 2 0 1 2 ) 0 4 - 0 1 9 2 - 0 3D e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f l o w - p o w e r i n v e r t e r b a s e d o n S C MZ HU L i - w e i , J i a n g P i n - q u n , L I A O Z h i - x i a n( C o l l e g e o f E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g , G u a n g x i N o r m a l U n i v e r s i t y , G u i l i n 5 4 1 0 0 4 , C h i n a )A b s t r a c t I n o r d e r t o i m p r o v e t h e o v e r a l l p e r f o r m a n c e o f t h e i n v e r t e r , a l o w - p o w e r i n v e r t e r t a k i n g S T C 1 2 C 5 A 6 0 S s i n g l e -c h i p m i c r o c o m p u t e r ( S C M ) a s a c o r e w a s d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d . T h e S C M d i r e c t l y p r o d u c e s s i n u s o i d a l p u l s e w i d t h m o d -u l a t i o n ( S P WM ) w a v e t o c o n t r o l t h e b r i d g e c i r c u i t c o m p o s e d o f p o w e r s w i t c h i n g d e v i c e t o r e a l i z e i n v e r s e t r a n s f o r m. I t c a nr e g u l a t e t h e a m p l i t u d e o f t h e o u t p u t v o l t a g e a c c o r d i n g t o t h e v o l t a g e s a m p l i n g v a l u e o f t h e e x t e r n a l p o t e n t i o m e t e r . A d i g i l o g u ec i r c u i t w a s a d o p t e d i n t h e d e s i g n t o m a k e t h e s i z e o f t h e i n v e r t e r r e d u c e d g r e a t l y . T h e m o d u l a r d e s i g n o f h a r d w a r e m a k e s t h ew h o l e s y s t e m e a s y t o t e s t a n d m a n i p u l a t e . T h e i n v e r t e r i s s i m p l e , r e l i a b l e a n d e a s y t o u p g r a d e . I t h a s a p o p u l a r i z a t i o n a n d a p -p l i c a t i o n v a l u e .K e y w o r d s i n v e r t e r ; S C M ; S P WM ; p o w e r s w i t c h收稿日期 2 0 1 1 - 0 9 - 2 6基金项目 广西高校重点建设实验室项目 ( 2 0 0 9 1 2 ) ; 广西研究生教育创新计划资助项目 ( 2 0 1 1 1 0 6 0 2 0 8 0 9 M 5 0 )0 引 言逆变器是将直流电能变换成交流电能的电气装置 ,通常用大功率高反压电力电子器件来 实现 [ 1 ] 。 太阳能发电中 , 光电池阵列所发出的电为 直 流电 。 但是 , 大多数用电设备的供电为交流电 , 所以电力系统中常需要将直流电变换成交流电的逆变器 。 此外 , 逆变器在工业控制 、 通信 、 交通等领域的应用也非常广泛 。 正弦脉 宽 调制 ( S i n u s o i d a l P u l s e W i d t h M o d u l a t i o n , S P WM ) , 是指以正弦波做调制波 ( M o d u l a t i n g W a v e ) , 以 F 倍于正弦调制波频率的三角波做载波 ( C a r r i e r W a v e ) , 进行波形比较后产生一组幅值相等 、 宽度正比于正弦调制波的矩形 脉 冲 序 列 , 来 等 效 正 弦 调 制 波 [ 2 ] 。 本 文 以S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 单片机为核心 , 利用其 内部 两路 可编程计数阵列 ( P C A ) 模块来模拟脉宽调制法 [ 3 ] , 设计并实现了一个输出电压幅值可调的小型逆变器 。1 系统硬件设计本文使用 A l t i u m D e s i g n e r 6 . 9 完成硬件电路原理图和 P C B 图 的 设 计 。 图 1 是 该 设 计 的 总 体 电 路 结构图 。图 1 电路结构图该设计实现的功能是将 6V 的直流电通过三级功率变换 ( D C - H F A C - D C - L F A C ) 得 到 频 率 为 5 0 H z , 幅度为 1 1 0V 的工频交流电以供交流负载使用 。 现将硬件电路各部分的具体设计和功能作如下描述 。1 . 1 电源模块使用 直 流 到 直 流 变 换 芯 片 M C 3 4 0 6 3 与 L M 7 8 0 5和 L M 7 8 1 2 组合得到 1 2V 和 5V 的直流电 , 为硬件电路的各模块提供所需电源 。1 . 2 前级升压模块通过 S G 3 5 2 5 芯片 与 其 外 围 电 路 产 生 两 路 互 补 的高频 P WM ( P u l s e W i d t h M o d u l a t i o n ) 脉 冲 波 , 用 这 两路高频脉冲波分别控制由两个 MO S ( I R F 3 2 0 5 ) 管组成的单边桥高 频 逆 变 器 , 并 与 高 频 变 压 一 起 实 现 前 级 升压 。 通过前级升压 , 把 6V 的直流电升到 3 0 0V 左右的高频交流电 , 为后面的工频逆变做准备 。1 . 3 整流器与滤波模块4 个二 极管 组成整流桥电路对 前 级升压 模块输 出的高频交流电进整流 , 并且经过 L C 滤波器进行滤波作为工频逆变桥电路的输入 。1 . 4 工频逆变器 MO S 桥电路驱动模块该设计中驱动 工 频 逆 变 器 桥 的 4 个 MO S 管 使 用I R 2 1 1 0 芯片来完 成 。 单 片 机 产 生 的 两 路 S P WM 控 制信号经过死区时间 [ 4 ] 后作 为 2 片 I R 2 1 1 0 的逻辑输入 。用 2 片 I R 2 1 1 0 芯片组成的驱动电路输出 4 路两两互补的 信 号 , 从 而 控 制 全 桥 逆 变 电 路 的 上 、 下 桥 臂 的 通断 [ 5 - 6 ] , 实现逆变功能 。1 . 5 S P WM 产生模块以 S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 单片机为核心构建的最小系统 ,作为模块的控制部分 。 同 时增加 一个模 / 数转换电路 ,通过读取电 位 器 上 的 电 压 值 , 实 现 逆 变 器 输 出 幅 值 可调 [ 7 ] 。 两 路 S P WM 信 号 由 S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 单 片 机P C A 模块输出端 P 1 . 3 口和 P 1 . 4 口 。 其原理是用正弦表数据去设置 S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 单片机 P C A 模块的比较寄存器的值确来模拟脉宽调制法 , 最终获得宽度正比于正弦调制波的矩形脉冲序列来等效正弦 调制波 。 产生两路 S P WM 波的原理如图 2 所示 。图 2 两路 S P WM 波形产生原理图2 系统软件设计该设计 的 控 制 芯 片 是 宏 晶 公 司 的 S T C 1 2 C 5 A 6 0 S单片机 , 它的内部有两路 P C A 模块 。 预先通过 M a t l a b计算出标准的工频交流电的正弦表 , 以数组的形式存放在单片机内部扩展数据存储器中 。 然 后利用这个 数 据表去动态地设置 P C A 模块比较寄存器的值 , 实现计数周期动态改 变 [ 8 ] , 输 出 的 高 电 平 脉 冲 宽 度 随 正 弦 规 则变化 [ 9 ] 。主程序流程图 如 图 3 所 示 , P C A 中 断 子 程 序 流 程图如图 4 所示 。3 系统测试3 . 1 S P WM 波形产生模块测试以单片机为核心构成的 S P WM 波形产生模块通过程序控制运行后 , 可以得到两路互补的 S P WM 波形 , 如图 5 所示 。 用示波器截取了模块的单路 S P WM 几个细节片段图 , 如图 6 所示 , 脉宽是不断变化的 。图 3 主程序流程图图 4 中断子程序流程图3 . 2 整体的系统测试在输入端输入 5V 的直流电 , 经过系 统逆变以后 ,可以 在 系 统 的 输 出 端 得 到 有 效 值 为 1 1 0 V , 频 率 为5 0 H z 的交流电 。 输出电压经示波器探头衰减 1 0 倍以后接入示波器 , 得到如图 7 所示图形 。 示波器的另一路输入是检测全桥电路的左上桥臂的 S P WM 波形 , 而另一路刚好对应右上桥臂 。391第 4 期 朱立为 , 等 基于单片机的小功率逆变器的设计与实现图 5 两路互补 S P WM 波形图 6 S P WM 细节图图 7 系统输出波形图4 结 语该设计基于单片机控制的数 / 模混合电路的实现 ,使得整个硬件电路的体积大大减小 。 由于数字单片机的引入 , 可控性大大增强 。参 考 文 献[ 1 ] 陈 道 炼 . 静 止 变 流 器 [ M ] . 哈 尔 滨 哈 尔 滨 工 业 大 学 出 版社 , 2 0 0 4 .[ 2 ] 刘 凤 君 . 环 保 节 能 型 H 桥 及 S P WM 直 流 电 源 式 逆 变 器[ M ] . 北京 电子工业出版社 , 2 0 1 0 .[ 3 ] 钱慧芳 , 毛惠丰 , 陈 增 禄 . S P WM 面 积 中 心 等 效 法 研 究 [ J ] .电气应用 , 2 0 0 5 , 2 4 ( 3 ) 1 0 3 - 1 0 5 .[ 4 ] 王效华 , 牛思先 . 基于单 片 机 P WM 控 制 技 术 的 实 现 [ J ] . 武汉理工大学学报 , 2 0 1 0 , 3 2 ( 1 ) 9 4 - 9 8 .[ 5 ] 吴振宇 , 耿兴华 , 冯林 , 等 . 基于 D S P 的单相光伏并网逆变器的设计 [ J ] . 电力电子技术 , 2 0 1 1 , 4 5 ( 5 ) 1 6 - 1 8 .[ 6 ] 蒋林 , 肖伟 , 珍 玛 曲 宗 , 等 . 基 于 I R 2 1 0 1 最 大 功 率 跟 踪 逆 变器的设计与实现 [ J ] . 电子设计工程 , 2 0 1 0 ( 1 1 ) 2 7 - 2 9 .[ 7 ] 刘黎 . 用单片机产生 S P WM 及制作小功率 U P S [ J ] . 中 南 民族大学学报 自然科学版 , 2 0 0 2 , 2 1 ( 1 ) 4 8 - 5 3 .[ 8 ] 唐中燕 . 基于单片机的单 相 S P WM 变 频 器 的 设 计 [ J ] . 电 机电器技术 , 2 0 0 4 ( 4 ) 3 5 - 3 7 .[ 9 ] 徐育辉 , 高 仲 合 . 基 于 A T 8 9 C 5 2 单 片 机 控 制 的 逆 变 器 检 测系统 [ J ] . 微计算机信息 , 2 0 0 5 , 2 1 ( 2 ) 1 4 1 - 1 4 7 .作者简介 朱立为 男 , 1 9 8 4 年出生 , 湖南郴州人 , 硕士研究生 。 主要研究方向为电路与系统 。蒋品群 男 , 1 9 7 0 年出生 , 广西全州人 , 博士 , 副教授 。 主要研究方向为电路与系统檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶。( 上接第 1 8 7 页 )4 结 语光轴稳定平台在军用 、 警用 、 民用 等领域获得 了 大量的应用 。 以 D S P 为核心的稳定平台控制电路设计已成 为 主 流 趋 势 。 本 文 中 , 使 用 了 数 字 处 理 器TM S 3 2 0 F 2 8 1 2 实现 了 对 平 台 各 传 感 器 信 息 的 数 据 处理及控制回路的数字仿真 , 极大的降低了控制电路的复杂度 , 提高 了 可 靠 性 。 该 控 制 电 路 不 仅 满 足 了 系 统 高速 、 高精度的要求 , 同时也为一些复杂的 、 先进的控制算法的探索和使用提供了一个物理平台 。参 考 文 献[ 1 ] 杨景照 , 刘政华 . 二维观瞄仪稳定平台控制系统设 计 与 仿 真[ J ] . 机电工程 , 2 0 0 9 ( 1 1 ) 8 0 - 8 2 .[ 2 ] 姚秀娟 , 张永科 , 彭晓乐 , 等 . 速率陀螺稳定电 视 导 引 头 平 台数字控制器设计 [ J ] . 电光与控制 , 2 0 0 6 , 1 3 ( 3 ) 7 5 - 7 7 .[ 3 ] 邓志平 , 张永科 , 彭晓乐 . 基于 D S P 的导引头伺服平台控制器系统电源设计 [ J ] . 现代电子技术 , 2 0 0 8 , 3 1 ( 1 8 ) 4 1 - 4 4 .[ 4 ] 沈宏海 , 刘晶红 , 张葆 , 等 . 航空光电成像平台 角 位 置 陀 螺 和角速率陀螺的稳 定 效 果 分 析 [ J ] . 光 学 精 密 工 程 , 2 0 0 7 ( 8 ) 1 2 9 3 - 1 2 9 9 .[ 5 ] 苏奎 峰 , 吕 强 , 耿 庆 锋 . TM S 3 2 0 F 2 8 1 2 原 理 与 开 发 [ M ] . 北京 电子工业出版社 , 2 0 0 5 .[ 6 ] 孟凡涛 , 梁淼 . 全数字交流伺服系统中旋转变压器 信 号 的 处理 [ J ] . 电力电子技术 , 2 0 0 2 , 3 6 ( 1 ) 5 1 - 5 3 .[ 7 ] 关星 , 王伟 力 . 基 于 TM S 3 2 0 F 2 8 1 2 多 通 道 缓 冲 串 口 高 速 实时数 据 采 集 接 口 设 计 [ J ] . 自 动 化 技 术 与 应 用 , 2 0 0 7 ( 1 ) 1 2 5 - 1 2 8 .[ 8 ] 邓星钟 , 周祖 德 , 邓 坚 . 机 电 传 动 控 制 [ M ] . 武 汉 , 华 中 理 工大学出版社 , 1 9 9 8 .作者简介 杨 萍 女 , 1 9 7 9 年出生 , 山西晋中人 , 工程师 。 主要从事稳定平台伺服控制技术研究工作 。491 现代电子技术 2 0 1 2 年第 3 5 卷

注意事项

本文(基于单片机的小功率逆变器的设计与实现)为本站会员(索比杜金泽)主动上传,solarbe文库仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知solarbe文库(发送邮件至794246679@qq.com或直接QQ联系客服),我们立即给予删除!

温馨提示:如果因为网速或其他原因下载失败请重新下载,重复下载不扣分。

copyright@ 2008-2013 solarbe文库网站版权所有
经营许可证编号:京ICP备10028102号-1

1
收起
展开