北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院 白偉華

基于增強(qiáng)型單片機(jī)的間接逆變器

北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院 白偉華

本文設(shè)計(jì)一種以增強(qiáng)型單片機(jī)STC12C5A60S2為核心的逆變器，采用BOOST電路將15V直流電升壓到36V，再經(jīng)過(guò)全橋逆變電路變換成交流電，最后用工頻變壓器得到220V/50HZ交流電。其中單片機(jī)P1．0，P1．1通過(guò)ADC實(shí)時(shí)檢測(cè)電路的電壓、電流，P1．3口產(chǎn)生一路PWM波，P0．0-P0．7用于連接1602液晶顯示，P2．1-P2．3用于按鍵輸入，P3．0，P3．1用于在線下載程序。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)使安全及穩(wěn)定性得到了很大提升。

增強(qiáng)型單片機(jī)；BOOST電路；全橋逆變電路

0 引言

51系列增強(qiáng)型STC12C5A60S2單片機(jī)具有ISP/IAP在線編程、兩個(gè)獨(dú)立串口、8通道高速10位A/D轉(zhuǎn)換、低功耗高可靠性等功能，速度比普通8051快6～12倍，SPI高速同步串行通信接口，

逆變器的發(fā)展與電力電子技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，電力電子器件的發(fā)展促進(jìn)了逆變器的發(fā)展。本設(shè)計(jì)采用電壓電流瞬時(shí)反饋控制技術(shù)并從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)等方面闡述單相逆變器的設(shè)計(jì)過(guò)程。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要采用的硬件電路有單片機(jī)、L7805降壓電路、全橋逆變電路、IR2104驅(qū)動(dòng)全橋電路、LC濾波器、按鍵輸入電路、1602液晶顯示、電壓檢測(cè)電路，電流檢測(cè)電路等一些外圍電路，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

逆變器的作用是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，經(jīng)過(guò)電感電容濾波后供給負(fù)載，本設(shè)計(jì)采用全橋逆變電路，橋式驅(qū)動(dòng)采用IR2104驅(qū)動(dòng)電路，用PWM控制調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓及頻率，濾波電路采用LC濾波是為了濾除高次諧波，最終得到正弦波。

圖1 逆變器總體框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電壓檢測(cè)電路

逆變器在帶負(fù)載的運(yùn)行過(guò)程中，負(fù)載變化會(huì)引起逆變器輸出電壓的波動(dòng)，如果逆變器輸出電壓低于某個(gè)數(shù)值，會(huì)影響正在運(yùn)行的負(fù)載。單片機(jī)的采樣電壓最高為5v，而boost升壓為51v，所以必須要采用電壓檢測(cè)電路。

2.2 電流檢測(cè)電路

電流檢測(cè)電路也是設(shè)計(jì)當(dāng)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。電流不易于被單片機(jī)檢測(cè)，但可以利用測(cè)電壓的方法間接的測(cè)得電流。輸出回路串聯(lián)一個(gè)電阻，根據(jù)歐姆定律，把電流轉(zhuǎn)化為電壓量，這樣只要測(cè)得電壓的值，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理，就得出了電流的值。采樣得到的信號(hào)一般很小，單片機(jī)不易于捕捉，為了解決這個(gè)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)電路當(dāng)中我們引入LM358對(duì)采集到的電壓信號(hào)放大，然后將放大后的信號(hào)輸入單片機(jī)的檢測(cè)模塊進(jìn)行檢測(cè)。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序流程圖

主程序主要處理對(duì)時(shí)間要求不是很敏感的數(shù)據(jù)，例如按鍵檢測(cè)，電壓電流狀態(tài)顯示等。

圖2 程序流程圖

3.2 定時(shí)器中斷程序

STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部自帶8路10位ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)際上是內(nèi)部只有一個(gè)ADC電路，8個(gè)開(kāi)關(guān)通道要同時(shí)工作的話，只能每個(gè)通道依次輪流進(jìn)行，所以在中斷程序中，設(shè)定輪流查詢1、2、3通道，使得資源能得到最高效率的應(yīng)用。

中斷程序模塊要對(duì)輸入電壓、輸出電壓和輸出電流這三個(gè)變量進(jìn)行采集檢測(cè)。基于單片機(jī)本身的特性，其沒(méi)有具備對(duì)以上三個(gè)變量同時(shí)采集檢測(cè)，因此它只能以輪流打開(kāi)通道的方式來(lái)完成。在升壓的部分，它調(diào)節(jié)輸出電壓值的大小，即通過(guò)檢測(cè)到的電流和電壓反饋的情況，電流電壓過(guò)大或過(guò)小時(shí)都可以通過(guò)占空比相應(yīng)的調(diào)整，這樣既防止了板子電壓過(guò)高被燒壞，同時(shí)也保證了輸出的電壓穩(wěn)定。在全橋逆變的部分，要求逆變輸出的是一個(gè)穩(wěn)定的正弦電壓值。單片機(jī)利用脈寬調(diào)制的方法使一系列的脈沖占空比以正弦規(guī)律變化即可。此時(shí)我們可設(shè)定半個(gè)周期內(nèi)把波形分成若干等份，份數(shù)越多，輸出的正弦波形越平滑。把這些數(shù)據(jù)采用一維數(shù)組的方式存放在數(shù)組里面，程序運(yùn)行的時(shí)候?qū)?shù)組訪問(wèn)查詢即可。

3.3 ADC檢測(cè)數(shù)據(jù)程序

這個(gè)模塊程序設(shè)計(jì)主要是對(duì)采集的電壓電流濾波，我們多取些數(shù)據(jù)，這里取200個(gè)，使用平均濾波算法，讓輸出的電壓質(zhì)量高、穩(wěn)定性好，使最后顯示出的電壓、電流更加接近真實(shí)狀況。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)闡述了逆變器基本結(jié)構(gòu)硬件、軟件的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的核心是基于增強(qiáng)型51單片機(jī)STC12C5A60S2的正弦波逆變器，其具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)；設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路、控制電路的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性；系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，為二次開(kāi)發(fā)提供了非常便利的條件。經(jīng)多次調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行良好，基本達(dá)到本設(shè)計(jì)要求。

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