毕设论文修改刘燕文档格式.docx

1、高输入功率因数，低输出阻抗；暂态响应快速，稳态精度高；稳定性高，效率高，可靠性高；电磁干扰低等。要实现这些功能，离不开数字化控制技术1。本文设计了基于单片机的逆变电源系统是以AT89C51单片机控制的逆变电源系统，克服了传统控制系统元器件多，电路复杂，灵活度不够等缺点。逆变主电路采用了两级逆变装置，增强了系统的可移植性，并且运用了单相全桥逆变电路使得系统便于控制，稳定性更高。设计中使用系统将蓄电池12V直流电压逆变为220V 50Hz的正弦波交流电。 2 逆变电源的原理利用晶闸管电路把直流电转变成交流电,这种对应于整流的逆向过程, 定义为逆变。把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。在特定场合

2、下，同一套晶闸管变流电路既可作整流，又能作逆变。而逆变器就是把直流电压变换成固定或可调交流电压的装置。变流器工作在逆变状态时，如果把变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去，叫有源逆变。如果变流器的交流侧不与电网联接，而直接接到负载,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，则叫无源逆变。交流变频调速就是利用这一原理工作的。有源逆变除用于直流可逆调速系统外，还用于交流饶线转子异步电动机的串级调速和高压直流输电等方面2。3 基于单片机逆变电源系统的设计本文利用AT89C51单片机设计逆变电源的系统，可将蓄电池输入的12V电压逆变为220V50HZ的交流输出

3、电压。无需复杂的软件编程，只需要少量的外围器件，使得设计出的系统结构简单，控制方便，性能稳定，抗干扰能力强，同时还以与单片机构成智能控制，具有良好的故障处理机制。3.1 系统硬件电路的设计系统方框图如图1所示，先采用DC-DC变换器把12V蓄电池的电压升至312V，保证输出有效值为220V的正弦波不出现截止失真和饱和失真。输出电压反馈采用调节SPWM信号脉宽的方式。因为SPWM控制器输出的SPWM信号不含死区时间，所以增加了死区时间控制电路和逆变桥驱动电路。输出电流检测使用电流互感器和真有效值转换芯片AD637实现。输出电压也使用AD637转换后，由ADC采样后分析，单片机控制在液晶屏幕上显示

4、。 图1 系统框图3.1.1 DC-DC变换器控制电路的设计DC-DC变换器控制电路如图2所示。SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器3。SG3525通过15脚输入12V的直流电压，为其供电，通过脉宽调制芯片，从14脚和11脚输出2路PWM波，用来对开关管进行调制，从而把直流信号变

5、成方波信号。,构成了电压反馈回路。 图2 SG3525控制电路图推挽式拓扑结构原理图如图3所示。PWM波调制的方波信号经变压器升压后，在经过由D1，D2以及LC整流滤波网络4变成稳定的312V直流电压Vout。图3 推挽式拓扑结构原理图3.1.2 DC-AC电路的设计全桥逆变电路图如图4所示。电路采用两个半桥驱动芯片IR2110分别驱动全桥的两边场效应管按驱动信号SPWM波交替导通，输出功率放大的SPWM波5。 图4 全桥逆变电路图3.1.3 SPWM波的实现（1）SPWM波的原理 在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小

6、，反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制6。（2）实现方法U3990是数字化的、专为车载、太阳能、风力、数码发电机而设计的纯正弦波单相逆变电源主控芯片，它不仅可以输出高精度的SPWM正弦波脉冲序列，还可以实现稳压、保护、空载时自动休眠等功能，并且具备LED指示灯驱动、蜂鸣器控制、逆变桥控制引脚，从而可以利用该芯片组成一个性能优良的逆变电源系统。U3990 的内部构成主要有：正弦波发生器、双极性调制脉冲产生逻辑、50Hz（或 60Hz）时基、电压反馈 / 短路检测、正弦波峰值调压稳压单元、外部扩展的

7、保护响应逻辑、负载检测、过温检测、电池电压测量、逆变控制、指示灯控制、蜂鸣器控制、抗干扰自恢复单元构成。整个电路封装成一个18引脚IC（DIP18），其引脚图功能7如下。VDD是芯片的电源引脚，接单一+5V；GND是地；OSC1、OSC2是时钟引脚，接20MHz晶振；OUTA、OUTB是正弦波SPWM脉冲序列的输出引脚，这两个引脚输出的信号一般要通过死区控制电路才能送到逆变桥；OUTG是逆变桥使能控制输出，该引脚输出低电平时允许逆变桥工作，输出高电平时则禁止逆变桥工作；AV_CK是逆变输出电压反馈引脚，该引脚接受的是模拟量输入，逆变桥最终输出的正弦波交流电压通过反馈电路送到该引脚，由芯片对逆变

8、输出电压实现稳压、调压和短路检测； BT_CK是电池电压测量引脚，是模拟量输入引脚，电池电压经过电阻降压送到该引脚，由芯片对电池实现欠压保护，若不需要使用该引脚，可以直接接+5VTP_CK是温度测量引脚，这也是模拟量输入引脚，温度传感器（热敏电阻）产生的电压送到该引脚，芯片会根据该引脚电压的变化，判断温度是否异常，并决定是否需要过温保护，若不需要使用该引脚，也可以直接接地；RS_CK引脚是负载检测输入，芯片由此引脚的高低电平判断逆变电源是否空载；空载时要将该引脚拉成高电平，芯片由此引脚实现空载自动休眠、有负载自动逆变输出的功能；LED_T引脚过温保护指示灯输出，低电平点亮LED，过温时指示灯闪

9、烁；LED_L引脚是逆变/欠压指示输出，低电平时表示逆变状态，慢闪烁时为欠压告警，快闪烁时为欠压保护，短闪烁时表示休眠；LED_P引脚是保护指示输出，当检测到短路或者外部的扩展保护时，芯片停止逆变，进入保护状态，此时指示灯闪烁；PROT引脚是扩展保护输入引脚，高电平有效，用户可以通过外部的或门逻辑实现过流等保护输入；BEEP/TEST是双向引脚，正常工作时是蜂鸣器控制输出引脚，通过三极管驱动电磁式蜂鸣器，当在芯片加电的瞬间，该引脚是输入引脚，用来检测外部TEST跳线的状态；FAN是风扇控制输出引脚，高电平有效； NC引脚是空余的引脚，一定要接到高电平。在逆变状态下，OUTA、OUTB引脚输出的

10、是双极性的SPWM脉冲序列，OUTA输出的SPWM脉冲序列，经过逆变后对应正弦波的正半周；OUTB输出的SPWM脉冲序列，对应正弦波的负半周。两路SPWM驱动脉冲分别接到两个全桥驱动芯片IR2110的输入端，IR2110驱动全桥的两边场效应管按驱动信号SPWM波交替导通8。3.1.4 真有效值转换电路的设计真有效值转换电路采用高精度的AD637芯片，逆变电源的输出电压及电流经AD637进行有效值变换后的模拟电压信号送A/D转换器AD0832，由AT89C51控制AD0832进行模/数转换，并对转换结果进行运算处理。为电流传感器对输出电流采样转化为电压后的输入口，为输出电流转换为电压后的真有效值

11、输出口。3.2 保护电路的设计3.2.1过流保护电路的设计过流保护电路如图5所示。通过比较器LM311对电流互感器采样转化的电压进行比较9，LM311的3脚接一10k电位器来调比较基准电压。当电流过流时比较器输出是高电平产生保护，使SPWM不输出，控制场效应管关闭，等故障消除，比较器输出低电平，逆变器又自动恢复工作。图5 过流保护电路3.2.2电流检测电路的设计电流检测电路通过电流互感器采样输出电流，通过一个390的电阻转化成电压值，再用AD采样进单片机,由12864液晶显示电压。3.3 死区时间控制电路的设计死区时间设置电路通过用数字电路延时实现死区时间设置，很显明获得死区时间的方法是驱动信

12、号的下降延不延时，只延时驱动信号的上升延，电路中采用了74HC08的与门逻辑电路10集成芯片，为了使波形最小失真，死区时间设为150ns，电阻选47k，电容选30pF。3.4低通滤波器的设计低通滤波器原理图如图6所示。低通滤波器采用一阶无源LC低通滤波器，低通滤波器L、C的取值可由下式得 （1） （2）为了避免磁环电感饱和，Q值取0.1，截止频率为3.5kHz，经计算，C的值为1.13F，实取0.68F。L为3.04mH，实取2.36mH。 图6 低通滤波器原理图4 软件设计4.1 ADC0832的控制程序的设计ADC083211是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。

13、它体积小，兼容性强，性价比高。正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号

14、。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能。当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。ADC0832的应用原理图如图7所示。ADC0832的接线图比较简单，将D0和DI短接，CLK，和D0分别与AT89C51 单片机的端口连接。CH0和CH1分别为电压输入通道0和通道1，此处用到通道0来测量逆变电源输出的电压。 图7

15、ADC0832应用原理图4.2 液晶显示驱动的设计开发仿真软件使用C语言12编程。采用YJD12864C1（汉字图形点阵液晶显示模块），可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM），显示内容为128列64行。该模块有并行和串行两种连接方法，在本设计中采用并行连接方法13。该部分利用AT89C51单片机来控制液晶显示，显示输出电压14。程序流程图如图8所示。 图8 程序流程图 5 结论及分析逆变电源数字化控制的优点在于各种控制策略硬件电路基本是一致的，要实现各种控制策略，无需变动硬件电路，只需修改软件即可，大大

16、缩短了开发周期，而且可以应用一些新型的复杂控制策略，各电源之间的一致性很好，这样为逆变电源的进一步发展提供了基础，而且易组成可靠性高的大规模逆变电源并联运行系统。本文主要论述了主电路采用蓄电池组直流供电, 经IGBT 模块构成的逆变功率桥, 经逆变变压器滤波得到高质量的正弦波电压, 从而组成了高效智能型的逆变电源, 整个系统结构合理、简洁明了、工作可靠、维护方便, 具有一定的使用价值。参考文献1张毅刚单片机原理及应用M北京：高等教育出版社，20092应建平，林渭勋电力电子技术基础M 北京：机械工业出版社，2003.3陈国呈PWM变频调速及软开关电力变换技术M北京：机械工业出版社，2000448

17、14康华光电子技术基础模拟部分M北京：高等教育出版社，2006 5陈道炼DC-AC逆变技术及其应用M北京：机械工业出版社，20036张燕宾SPWM 变频调速应用技术（ 第2 版） M北京：机械工业出版社，200251637Marian P. Kazmierkouski，Luigi MalesaniCurrnt Control Technique for Three- Phase Voltage source PWM Converter : A Survey JIEEE Transaetions on Industrial Eleetronies1998，45（ 5 ） : 6917038 窦伟

18、，黄念慈，于玮，首福俊单片机控制的正弦波逆变电源J，电力电子技术，2004，30（6）9廖家平，袁兆梅，张治国基于单片机PWM控制逆变电源的设计J中国水运（理论版），2006，5（4）10康华光电子技术基础数字部分M北京：高等教育出版社，200611 Ziogas P D，Ikhan S，Rashid M HAnalysis and desing of forced commutated cycloconverter structures with improved transfer characteristics JIEEE Transaetions on Industrial Eleetr

19、onies1986，33（ 3 ） 12谭浩强C程序设计M（第三版）北京：清华大学出版社，200713谢维成，杨加国单片机原理与应用及C51程序设计M（第2版）北京：清华大学出版社，200916820114 戴金仙51单片机及其C语言程序开发实例M北京：清华大学出版社，20081896According to single slice machine of negative change power supply system designLiu Yan（College of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal Universi

20、ty, Xian 710062, Shaanxi China）Abstract：This texts introducing tiny controller is single mutually according to the AT89 C51 the sine wave be negative to change the total amount word of power supply turn control system.Can used for being negative the 12 V direct current electric voltage that the stor

21、age battery provide to change in to output the 220 V50 Hzs alternate current.The power supplys system adoption pushes Wan to rise to press negative with whole bridgeses change two class transformations, in controling electric circuit, the class pushed Wan to rise to press the electric circuit adopti

22、on SG3525 chip a control ago and shut wreath feedback;Negative become parts of adoptions drive the chip IR2110 to carry on whole bridgeses negative change, adoption U3990 completion make of SPWM, empress the class output adoption electric current with each other the feeling machine carry on sampling

23、 feedback, become dual feedback link and increased the stability of power supply;Had to once output to carry on the protection, lead to flow a protections etc. to have another heavy protection function electric circuit, strengthenned the credibility and safety of that power supply;Output the exchang

24、es electric voltage passes AD637 of the efficacious value convert after, again from the AT89C51 single slice the control of the machine carry on a mold number conversion, end be worth electric voltage to show a LCD up, became a good man-machine interface.Also elaborating on should go against princip

25、le of change the power supply system to constitute with each work principle of parts of electric circuits.Key words: MCU inverter SPWM致 谢时光飞逝，眨眼间我已经在大学生活的结尾了，经过半年的忙碌，我的毕业论文完成了。回顾这半年的日子，有成功也有失败，有喜悦也有挫折，但它们都是我学习和成长的必须。在此感谢指导老师强宁的指导和帮助；感谢同学、朋友的关心、支持和帮助。作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一

26、起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的导师。强宁老师在我做毕业设计的每个阶段，从设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，整个过程中都给予了我悉心的指导。当然不止是我，还有和我一起做毕业设计的同学，不管我们遇到了什么问题，问题多复杂烦琐，强老师都细心耐心地纠正设计中出现的错误，解答我们的疑问并给我们提出中肯的建议。除了敬佩强老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样。其次还要感谢大学四年来所有的老师，为我们兢兢业业的奉献，您们辛苦了。同时还要感谢我的同学们，谢谢你们在四年里对我的关心和帮助。当然还要感谢物理学与信息技术学院和我在这里

27、生活了四年并且栽培我，使我成功走向社会的母校陕西师范大学。 刘燕 2012年5月附录1 电路原理图 图1 DC-DC电路原理图 图2 DC-AC电路原理图 图3 真有效值转换电路原理图 图4 电流采样电路 图5 死区时间设置电路 图6 ADC0832工作时序图附录2 程序清单功 能：完成对输出电压及电流的采样，并计算出功率，同时在液晶上显示频率、电压、电流及功率的大小。#include intrins.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define _Nop（） _nop_（）#define nop（） _nop_（）/

28、-sbit ADC0832_DIO = P10; /*定义ADC控制端口*/sbit ADC0832_CLK = P11;sbit ADC0832_CS = P12;/-sbit RS = P22; /H=data; L=command; /*定义LCD12864控制端口*/sbit RW = P23; /H=read;writesbit E = P32; /input enable;sbit PSB= P33; /H=并口;串口sbit RST= P35; /Reset Signal 低电平有效sbit busy=P07; /lcd busy bit#define lcd_data_port P0/*以下是LCD12864驱动程序*/void lcd_delay（uchar ms） /*LCD12864 延时*/ uchar j;while（ms-） for（j=0;j250;j+） ; void lcd_busy_wait（void） /*检测忙信号*/ P0 = 0xff; RS = 0; RW = 1; E = 1; while（busy=1）; E = 0;void lcd_command_write（uchar command） /*LCD12864 命令字写入*/ lcd_b