基于單片機(jī)的小功率逆變器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：為了提高逆變器的整體性能，以STC12C5A60S單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小功率逆變器。通過單片機(jī)直接產(chǎn)生脈寬調(diào)制波，控制功率開關(guān)器件組成的橋電路實(shí)現(xiàn)逆變。根據(jù)單片機(jī)對(duì)外部電位器上電壓的采樣值對(duì)輸出電壓的幅值進(jìn)行控制，使得輸出電壓幅度可調(diào)。采用數(shù)／模電路結(jié)合設(shè)計(jì)，使得逆變器的體積大大減小。硬件上的功能模塊化設(shè)計(jì)，使整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)性和操控性大大加強(qiáng)。該逆變器電路簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，且易于升級(jí)，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：逆變器；單片機(jī)；脈寬調(diào)制；功率開關(guān)器

0 引言
逆變器是將汽流電能變換成交流電能的電氣裝置，通常用大功率高反壓電力電子器件來實(shí)現(xiàn)。太陽能發(fā)電中，光電池陣列所發(fā)出的電為直流電。但是，大多數(shù)用電設(shè)備的供電為交流電，所以電力系統(tǒng)中常需要將直流電變換成交流電的逆變器。此外，逆變器在工業(yè)控制，通信、交通等領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛。正弦脈寬調(diào)制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM)，是指以正弦波做調(diào)制波(Modulating Wa ve)，以F倍于正弦調(diào)制波頻率的三角波做載波(Carrier Wave)，進(jìn)行波形比較后產(chǎn)生一組幅值相等、寬度正比于正弦調(diào)制波的矩形脈沖序列，來等效正弦調(diào)制波。本文以STC12C5A60S單片機(jī)為核心，利用其內(nèi)部?jī)陕房删幊逃?jì)數(shù)陣列(PCA)模塊來模擬脈寬調(diào)制法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)輸出電壓幅值可調(diào)的小型逆變器。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本文使用AltiumDesigner6．9完成硬件電路原理圖和PCB圖的設(shè)計(jì)。圖1是該設(shè)計(jì)的總體電路結(jié)構(gòu)圖。

該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能是將6 V的直流電通過三級(jí)功率變換(DC-HFAC-DC-LFAC)得到頻率為50 Hz，幅度為110 V的工頻交流電以供交流負(fù)載使用?，F(xiàn)將硬件電路各部分的具體設(shè)計(jì)和功能作如下描述。
1．1 電源模塊
使用直流到直流變換芯片MC34063與LM7805和LM7812組合得到12 V和5 V的直流電，為硬件電路的各模塊提供所需電源。
1．2 前級(jí)升壓模塊
通過SG3525芯片與其外圍電路產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的高頻PWM(Pulse Width Modulation)脈沖波，用這兩路高頻脈沖波分別控制由兩個(gè)MOS(IRF 3205)管組成的單邊橋高頻逆變器，并與高頻變壓一起實(shí)現(xiàn)前級(jí)升壓。通過前級(jí)升壓，把6 V的直流電升到300 V左右的高頻交流電，為后面的工頻逆變做準(zhǔn)備。
1．3 整流器與濾波模塊
4個(gè)二極管組成整流橋電路對(duì)前級(jí)升壓模塊輸出的高頻交流電進(jìn)整流，并且經(jīng)過LC濾波器進(jìn)行濾波作為工頻逆變橋電路的輸入。
1．4 工頻逆變器MOS橋電路驅(qū)動(dòng)模塊
該設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)工頻逆變器橋的4個(gè)MOS管使用IR2110芯片來完成。單片機(jī)產(chǎn)生的兩路SPWM控制信號(hào)經(jīng)過死區(qū)時(shí)間后作為2片IR2110的邏輯輸入。用2片IR2110芯片組成的驅(qū)動(dòng)電路輸出4路兩兩互補(bǔ)的信號(hào)，從而控制全橋逆變電路的上、下橋臂的通斷，實(shí)現(xiàn)逆變功能。