基于单片机控制的三相逆变电源

摘要
逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它从交流或直流输
入获得的交流输出。

随着电力电子技术的发展，逆变电源的应用越来越广泛，它横跨电力、电子、微处理器及自动控制等多学科领域，是目前电力电子产业和科研的热点之一。

与此同时应用系统对逆变电源的输出电压波形特性也随之提出了越来越高的要求，因为电源的输出波形质量直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。

随着数字信号处理技术的发展，以SPWM控制方式设计的逆变电源越来越受到青睐。

本论文叙述的就是一种基于51系列单片机设计的SPWM逆变电源。

给出了系统总体构成和主电路设计，介绍了SPWM产生器SA8282的结构特性和工作原理，SA8282全数字操作、工作方式灵活、频率范围宽、精度高功能强，可实现系统的
智能化设计。

文中详细介绍了采用单片机8051和SPWM产生器SA8282组成系统控制器的软硬件设计，实现了逆变电源输出电压闭环控制。

实验表明，由SA8282为控制芯片的逆变电源结构简单、输出波形好、性能稳定可靠，适合于中、小功率的应用场合。

关键词：正弦脉宽调制（SPWM）；SA8282；逆变电源；单片机
Abstract
Inverter is a kind of using power electronic technology for
electric power transformation device, it from ac or dc Input voltage of exchange obtained constant frequency output. With the development of the power electronic technology, the application of inverter power supply is more and more extensive, it across the electric power, electron, microprocessor and automatic control multi-disciplinary field, is one of the hotspots of the power electronics industry and scientific research.
Meanwhile application system subsequently put the output voltage waveform characteristics of inverter power supply forward more and higher demand, because the power output waveform quality directly
relates to the whole system safety and reliability index.
Along with the digital signal processing technology development, the control mode design with SPWM inverter power supply more and more be favored，This article describes a SPWM inverter power supply based on the 51 series microcontroller，The three phase inverter of full digital control based on MCU 8051 and SPWM generator IC SA8282 is introduced in this paper，the system construction and main circuit design of inverter are given, the function feature and operation principle of SPWM generation IC SA8282 is described. the hardware and software design of controller implemented closed-loop of voltage by using AT89C51 and
SA8282 is discussed in detail，experimental results shown the three phase output voltage waveform is quit good，the performance meets the demand.
Keywords :SPWM；SA8282；inverter power supply；MCU
目录
摘要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 课题的背景 1
1.2 电源技术发展的概况 2
2 总体方案设计 4
2.1 SPWM原理 4
2.2系统总体方案 4
3 系统硬件设计 6
3.1 系统主电路设计 6
3.1.1 输入EMI滤波器的设计 6
3.1.2 输入整流滤波电路设计 6
3.1.3逆变器的设计 7
3.2 采样电路及A/D转换电路 8
3.2.1 采样电路 8
3.2.2 8051单片机引脚及其功能介绍 9 3.2.3 8051单片机内存扩展 10
3.2.4 A/D转换电路 11
3.3 SPWM波产生芯片SA8282及应用 13 3.3.1 SA8282工作原理 13
3.3.2 SA8282与单片机的连接 16
3.4 IGBT驱动电路的设计 17
3.4.1 IGBT驱动电路的要求 17
3.4.2集成化IGBT专用驱动器EXB841 18 3.5 MCS-51对LED/键盘的接口 20
3.5.1 LED数码显示管显示原理 20
3.5.2 键盘/显示系统 21
3.6系统保护电路设计 21
4 系统软件设计 25
4.1 键盘/显示系统主程序设计 25
4.2系统控制程序设计 25
4.3软件抗干扰技术 27
结论 29
致谢 30
参考文献 31
附录 32
1 绪论
1.1 课题的背景
随着各国工业与科学技术的飞速发展，在将来工业高度发展的情况下，计算机技术、电力电子技术及自动控制技术将成为三种最重要的技术。

所谓电力电子技术，就是利用半导体功率开关器件、电子技术和控制技术，对电气设备的电功率进行变换和控制的一门技术。

这项技术自20世纪50年代以来，经历了半个世纪的发展，现在已经成为理论和科学体系比较完整，而且有相对独立的一门学科技术。

特别是80年代以来，由于电力电子技术突飞猛进的发展，及对工业发展所产生的作用，他被各国专家学者成为人类社会计算机之后的第二次电子革命，，它是世界各国工业文明的发展过程中所起的关键作用，可能仅次于计算机。

预计未来，电力电子技术对工业自动化、交通运输、城市供电、节能、环境污染等方面的发展，将会产生更大的作用。

正弦波逆变技术是电力电子技术中的一个重要组成部分，它的作用是把从电力网上得到的额定频率交流电能，或者从蓄电池、太阳能电池等得到的电能质量较差的原始电能，变换成电能质量较高的，能满足负载对电压和频率要求的交流电能。

这种交流电能不仅可用于交流电机的传动，而且还可以作为不间断电源、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等逆变其中的电能。

近年来，随着各行各业的技术水平和操作性能的提高，它们对电源品质的要求也在不断的提高。

为了高质量和有效的使用电能，许多行业的用电设备都不是直接使用交流电网提供的交流电作为电源，而是通过各种形式对电网交流电进行变换，从而得到各自所需的电能形式。

其中，把直流电变为交流电的过程叫做逆变，完成逆变功能的电路称为逆变电路。

这种能量变换对节能、减小环境污染、改善工作条件、节省原材料、降低成本和提高产量等方面军起着非常重要的作用。

随着正弦波脉宽调制（SPWM）逆变技术的日益成熟，逆变电源被广泛应用到微波通讯、野外活动、高速公路。

海岛、军事、医疗、航空航天、风力发电等各个领域。

在一些重要的用电部门（如机场、医院、银行）和一些重要的用电设备中（如计算机、通讯设备）对逆变电源质量的要求也越来越高：不仅要求不停电，还要求输出电压波形准确完好，如不间断电源UPS（Uninterruptible Power Supply）广泛应用与计算机、程控变换机、数据处理系统、医疗诊断仪及精密电子仪器等不能中断供电的场合，而衡量逆变电源质量的首要指标就是输出波形质量的情况。

对于逆变电源，其负载可能具有不同的性质，当某一负载投入运行时，特别是非线性负载，很可能引起逆变电源的输出电压波形周期性畸变，谐波增加时;同时，由于变压器本身存在非线性的问题，使得实际加载在负载上的波形发生更严重的畸变，而这样的波形对各种电器设备都有不同程度的影响和危害，从而影响整个电路正常、安全可靠工作，对供电系统的影响也会日益严重，这样，也就逐渐显示出了对逆变电源输出波形控制的重要性。