新能源设计

摘要

在各种新能源发电技术环节中，逆变环节是最重要的一步，因此本设计主要围绕这一环节所写。

逆变器，是指整流器的逆向变换装置。其作用是通过半导体功率开关器件的开通和关断作用，把直流电能换成交流电能，它是一种电能变换装置。

逆变器，特别是正弦波逆变器，其主要用途是用于交流传动，静止变频和UPS电源。逆变器的负载多半是感性负载。由于现代电力电子技术的发展，使得各种电能变换电路变得简单，高效了。

本设计通过常用的变压电路，以及稳压电路，先输出了需要的电压等级。然后再利用单片机输出SPWM正弦波脉宽调制波形，该波形和正弦波波形极为相似。最后将该波形输入至控制电路，即由继电器及相应的电子器件构成的桥式

电路，进行通断作用，最终达到逆变，输出正选交流电。

实验测试结果表明：该DC-AC逆变器的性能指标基本达到了设计要求。

关键词：单片机，DC-AC正弦波逆变器，SPWM正弦波脉冲宽度调制

目录

1课程设计概述 (1)

1.1课程设计的意义 (1)

1.2课程设计的内容 (1)

2系统总体设计方案 (3)

2.1 系统组成及工作原理 (3)

2.2 系统总体结构框图 (3)

3系统硬件设计 (5)

3.1 电源电路设计（可以直接用直流稳压电源） (5)

3.2 DC-DC升压模块设计 (6)

3.2.1 LM2577的资料 (6)

3.2.2 电感三点式震荡电路 (8)

3.2.3 DC-DC升压过程 (9)

3.3 单片机模块设计 (9)

3.3.1 单片机的概念和特点 (9)

3.3.2 AT89S52单片机的性能参数和功能概述 (10)

3.3.3 单片机最小系统 (12)

3.4 控制电路 (15)

3.5 SPWM驱动脉冲 (16)

3.6 逆变部分 (16)

4 系统软件方案的设计 (18)

参考文献 (21)

1课程设计概述

运用了新能源发电技术，微机控制技术，电力电子技术和数电、模电等学科的知识，按照设计要求，完成本次设计。

1.1课程设计的意义

在新能源发电技术中，逆变这一环节有着重大的意义。其主要作用是将直流电经DC-AC逆变器变换成与电网同频率的交流电，为实现并网供电奠定基础。但是这一环节的能够实现，都得依赖于电力电子技术这门学科的发展，正是这门学科及技术的产生，使新能源发电真正意义上实现利用价值。

现代电力电子技术的迅猛发展,使逆变电源广泛应用于各个领域,同时对逆变电源输出电压波形质量提出了越来越高的要求。逆变电源输出波形质量包括稳态精度高、动态性能好以及负载适应性强。这种结构简单动静态性能优良和负载适应性强的逆变电源,一直是研究者在逆变电源方面追求的目标。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稳压恒频的交流输出。逆变电源技术是一门综合性的争业技术，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。逆变电源广泛应用于航空、航海、电力、铁路交通、邮电通信等诸多领域。

逆变器就是一种将低压（12或24伏）直流电转变为48伏交流电及更高的电子设备。因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。

1.2课程设计的内容

该设计主要围绕新能源发电中逆变这一环节而写。而这一部分主要的核心设计在于微机控制技术和电力电子技术这两方面知识的运用。

逆变器通常主要分三类：一类是方波逆变器；二类是修正波逆变器；三类是纯正弦波逆变器。本课题主要研究以单片机控制的DC-AC纯正弦波的原理及制作，它主要包括升压模块、单片机，电源和接口电路等的设计，并调查逆变器的当前的发展及未来发展趋势。主要阐述了如何选择和设计DC-DC升压模块、电源模块、单片机最小系统模块、逆变模块等方面的问题，以及如何对输出波形进行更好的修正，和稳定的输出。最后以单片机为核心通过硬件结合软件的方法将输出的波形由示波器直观地显示出来。

单片机是系统的控制核心，所以单片机的性能关系到整个系统的好坏。因此单片机的选择对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。单片机种类很多，在众多51系列单片机中，较为常用的是ATMEL 公司的AT89C51和AT89S52，AT89C51片内4KROM是Flash工艺的，使用专用的编程器自己就可以随时对单片机进行电擦除和改写，片内有128字节的RAM。而AT89S52含有在

系统可编程的Flash存储器，片内有8K闪存，RAM的容量也较AT89C51大，为256字节。显然这种单片机优点更多，开发时间也大为缩短。因此，在本次设计中选用了ATMEL公司的AT89S52单片机。

升压模块的核心是电感三点式震荡电路，以其体积小，效率高，重量轻的优点，被广泛应用在各种电气设备中。它是调整功率管工作于开关状态，通过改变调整功率管导通和截止的时间比例来稳定输出电压的。

2系统总体设计方案

为了实现新能源发电中的逆变这一环节，首先要进行电压的升压与稳压，这时会涉及到斩波电能变换等环节。然后才通过微机控制电路实现逆变。

2.1 系统组成及工作原理

系统控制结构组成：

①电源电路。用于对输入的220V交流电压进行变压、整流。

②微控制器。采用ATMEL公司的AT89S52单片机，作为主控制器。

③升压电路。把12V直流电升到48V，供逆变使用。

④逆变电路。采用全桥逆变的正弦波逆变输出回路把电压由直流转变成交流。

工作原理：

本系统是主要通过电感式三点震荡电路升压，利用AT89S52单片机作为系

统的总控模块，AT89S52单片机可利用软件方法生成逆变桥SPWM驱动脉冲，驱

动逆变桥工作。通过逆变模块实现逆变，把直流电转换成50Hz的交流电。

2.2系统总体结构框图

本设计核心部件为AT89S52，输入电压由电源模块转换为12V，然后分成两部分：一部分再转换成5V供单片机使用；另一部分进入DC-DC升压模块，将12V电压转变成48V。单片机发出PWM通过隔离电路逆变成50Hz的方波，然后通过硬件电路处理得到修正的正弦波。

硬件中包括一个开关，为复位开关。开机后，所有器件初始化，通过升压、逆变，最后输出正弦波形。其他是一些附件，比如复位、晶振电路。整体框图

如图2.1所示：