基于单片机的小功率逆变器的设计与实现
基于STM32F4并网微型逆变器的设计
基于STM32F4并网光伏微型逆变器参考设计●本应用参考设计简略描述了单级并网太阳能（PV）微型逆变器主要原理。
本设计主要使用了一颗ST公司的STM32F4系列处理器，该处理器是基于ARM1 Cortex™-M4内核具有浮点运算，168MHZ的高速处理能力，增强的单周期DSP处理指令。
可以进行一些复杂的计算。
控制PV 电池板流向电网的功率。
此处理器还执行MPPT 算法、故障控制，以及可选的数字通信程序。
而前级使用了宽范围输入的反激DC-DC来产生与电网同相和同步的正弦输出电压和电流。
此微型逆变器的设计目标是可连接到这样的PV 模块在22VDC 至50VDC 的输入电压范围内，可输出最大200W 的功率，最大开路电压为55VDC。
本设计的要求如下所列。
▲最大输出功率= 185W▲标称输出电压= 230V▲标称输出电流= 0.8A▲输出电压范围= 180 VAC-264 VAC▲标称输出频率= 50 Hz▲输出频率范围= 48 Hz-52Hz▲功率因数= >0.96▲总谐波失真= <5%▲最大效率= 96%▲最大功率点追踪= 99.5%▲最小效率>0.8并网光伏微型逆变器参考设计的框图如图1所示。
图1并网光伏微型逆变器设计框图本系统主要分7大块，PV组件、辅助电源、光伏微型逆变器、EIM滤波、STM32F4、LCD显示与键盘。
这里最主要的是，光伏微型逆变器和STM32F4所以本应用设计主要对这两块做主要介绍光伏微型逆变器，如图1所示主要分两大块，前面是DC/DC升压及MPPT后面是DC/AC桥式换向。
▲微逆变器电路工作原理把半波的直流电压通过四个可控硅进行换向，变成了上下波的交流电压。
通常专用术语把此半波称为馒头波，如图2微逆变的工作原理波形变换图图2微逆变的工作原理波形变换图由交错反激构成的微逆变器硬件框图，如图3图3交叉反激构成的微逆变器硬件框图。
微逆变器的主要原理：如图3主要有两块组成，交错反激电路和桥式换向电路。
一种基于单片机控制的逆变电源电路设计
一种基于单片机控制的逆变电源电路设计摘要：本文主要介绍一种以单片机为核心控制器，能够输出交流电压的逆变电源系统，并且实现了对频率的改变，为用电器的不同电压需求提供了方便。
关键词：SCT，逆变，电源Abstract: This paper introduces a single-chip microcomputer as the core controller, to the output voltage of the inverter power supply system, and the realization of frequency change, providing convenience for different voltage requirements for electrical equipment.Keywords: SCT, inverter, power supply一、系统总体方案设计本系统是以STC12C5A60S2单片机作为主控制芯片而实现的逆变电源，驱动元件使用的是IR2110，，单片机产生SPWM波的方法是采用等面积法，采用此方法可以实现正弦波的输出，频率可以调节是通过对程序的控制来实现的，进而最终可以设计出直流到交流的逆变过程。
1.1、脉宽调制器（SPWM）用STC12C5A60S单片机，此单片机为新一代的51单片机，它的flash为64k，具有两路的PWM输出，脉宽可以通过软件的方式来调节，优点是：不仅具有较高的精度，而且具有不复杂，价格不高的外围电路。
1.2、SPWM控制方案有两种SPWM控制的方案：单极性与双极性调制法。
在单极性法中生成的SPWM信号有正、负和0三种电平，在双极性法中生成的却仅有正、负两种电平。
通过对比二者产生的SPWM波可以得知：当二者的载波比相同时，双极性SPWM所生成的波中所含谐波量较单极性的要大；而且在正弦逆变电源控制当中，双极性SPWM波控制不够简单。
基于单片机的SPWM逆变电源设计
输入过压欠压保护是指当系 统输入电压太高或太低而引起电 源输出电压失控的情况。
3 系统软件设计
下页图为系统的主程序流程图，系统开机后，先复 位SA4828，然后对其初始化寄存器和控制寄存器进行编 程，在此之后，单片机AT89C51不断通过ADC0809采样输 出电压值，调整SA4828控制数据中的调制幅度值，使输 出电压稳定下来。
系统的总体框图设计
系统总体设计
本设计中驱动电路采用 4 输入与非门 ，以此来作为驱动 信号，并且实现驱动信号的互补。 经过分析和比较。
逆变部分决定采用全桥逆变电路,由场效应管组成逆变桥 ，采用4输入与非门来作为驱动电路。单片机产生的 PWM 信号经过 后，来控制逆变桥中开关器件 的关断与导通， 就可以在逆变桥的输出端产生正弦波。
滤波子程序
中断子程序
当电源系统中的单片机 检测到过压、欠压、过流或 过热信号时，置报警标志位 为1，同时启动定时器T0，当 定时器定时时间到后，单片 机再检查过压、欠压、过流 或过热信号是否仍然存在， 若存在，则关闭输出并发出 故障报警，若过压、欠压、 过流或过热信号已不存在了， 则不关闭输出也不发出报警， 报警标志位清0。这样处理， 我们可以有效地防止电源的 故障误报警。
2014届毕业设计答辩
基于单片机的微型光伏逆变器设计
姓名：吕达 导师：张明 班级：电气11001
逆变电源的介绍
逆变电源是一种采用电力电子技术是进行电能变换的 装置，它从直流输入获得稳压恒频的交流输出。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…。 逆变电源也是一种产生交流电的装置，它具有以下特点：
系 统 的 主 程 序 流 程 图
Y 置报警标志为 1 启动定时器 T0
一种单片机控制的小功率逆变电源的设计
压 器 输 出 到 负 载 ．同 时 利 用 控 制 电 路 可 以对 输 出 的 结 果 进 行 采 样 监 测 并 进 行 调 节 。对 于 单 项 逆变 电源 可 采 用如 下 电路 结 构 ： 图 ２逆变器基本结构图 Ｄ Ｃ为 蓄 电池 组 。由 １ ６节 单 体 １Ｖ 的 免 维 护 密 闭 铅 酸 蓄 电 ２ 池组成 ．１Ｔ Ｔ ～ ４采 用 德 国 西 门 康 公 司 的 Ｓ Ｍ１０ Ｂ ２ Ｄ Ｉ Ｂ Ｋ ０ Ｇ １３ Ｇ Ｔ 功 率 开关 管 ． 成 了全 桥 式 逆 变 电 路 ． 是 目前 应 用 较 多 的 电 路 组 也 结 构 之一 ． 片 机 产 生 的 Ｓ ＷＭ 控 制脉 冲 信 号 接 在 Ｔ ～ ４的 门 单 Ｐ １Ｔ 极控制端 。 次 只同时开通， 每 关 断对 角线 上 的两个 管 子 ． 一 Ｄ１ ｉ ｌ Ｄ ４为 与 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ并 联 的 续 流 二 极 ｌ 管 ．用 来 减 小 关 断时 电 流对 开 关 管 的冲击 。起到保 护作 用 。 Ｌ 为 变 压 器 输 出 滤 波 ． Ｌ为 Ｃ Ｒ 负 载 本 文 中 电 路 左 侧 的 Ｄ １２ 电 经 过 逆 变 电 路 和控 Ｃ ９Ｖ 制 电路 作 用 下在 负 载 上输 出 正 图 ３逆变主电路结构示意图 弦波的 Ａ ２Ｏ ， Ｈ 。 Ｃ ２ Ｖ５ ｚ Ｏ 控制上． 用了菲利普公司的带有 Ｐ 采 ＷＭ 输 出 口 的单 片 机 ， 该 公 司单 片 机 与 ５ 系 列 单 片 机 性 能 上 可 兼 容 ， 件 上 实 现 较 容 １ 软
法。
易 。 用 软 件 生 成 正 弦 波 和 三 角 波 ， 进 行 比 较 而 输 出 Ｓ ＷＭ 控 并 Ｐ
１ 系统 总 体 结 构 ． 通 常 ． 个 以 蓄 电池 为 一 储 能 装 置 的 逆 变 系 统 有 以 下几个部分构成 ． 图 １ 如 所
工程师：一款基于PIC单片机的逆变电源电路设计
工程师：一款基于PIC单片机的逆变电源电路设计
针对现代电源变频调幅的要求，提出了利用PIC16F873产生SPWM波控制IR2136触发IGBT产生PWM波作用于逆变器产生标准的正弦波形，从而实现变频调幅。
同时利用AD模块对逆变桥输出进行采样并进行滤波处理，实现对系统的PI闭环控制。
通过MATLAB中的SIMULINK组件进行仿真分析，结果表明此方案输出电压动态响应速度快，具有良好的精度控制及实时性、波形失真小、可靠性高。
随着科学技术的进步，电源质量越来越成为各种电气设备正常和良好工作的基础。
电源技术领域的一个持续的研究课题即是研究作为电子信息产业命脉的电源的可靠性和稳定性。
而逆变器作为电源的核心部分，其调制技术很大程度上决定了电源输出电压的质量。
目前最常用的调制技术是正弦脉宽调制(SPWM)。
随着单片机的出现及其广泛应用，智能化控制方法已经逐渐替代传统的分立元件电路产生方法或是专用芯片产生方法。
智能化逆变电源的优势在于它不仅能实现调制信号的输出，还为系统数据参数的监控、处理及显示提供接口。
同时它与现代计算机技术更好地结合产生了故障自诊断和自我保护功能，可提高系统的稳定性。
在充分考虑工业控制成本及稳定性要求的前提下，本设计采用PIC单片机作为控制核心，再辅助相关外部电路，组成一个具有稳定和智能化等优点的逆变电源控制系统。
具体电路设计
单相桥式逆变电路如图1所示。
电路正常工作情况下，两对开关管需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制，使VT1、VT4同时通断和VT2、VT3同。
基于单片机的小功率单相光伏逆变器设计
基于单片机的小功率单相光伏逆变器设计作者：赵宗坤来源：《数码设计》2018年第14期摘要：逆变器作为光伏发电技术的最核心部分之一，目前正在向着数字化、模块化、高频化、高可靠性发展。
本文基于单片机设计了一款小功率的单相光伏逆变器，具有一系列必要功能。
关键词：光伏;单相逆变器;Boost;SPWM;IAP15F2K61S2中图分类号：TM464;;; 文献标识码：A;;;; 文章编号：1672-9129（2018）14-0142-011前言光伏发电是近年来迅猛发展的新能源技术。
它以取之不尽用之不竭，干净环保无污染的优点而获得社会一致认可，西方发达国家的光伏产业一直遥遥领先，我国在这方面还有一定差距，所以我国光伏市场仍然有着巨大的发展空间。
逆变器为光伏发电技术的最核心部分之一，目前正向着数字化、模块化、高频化、高可靠性发展。
本文以单片机为控制主体，设计了一款小功率单相光伏逆变器。
2整体方案设计设计一个小功率单相光伏逆变器，其电压输出波形为正弦波。
设计中的主电路采用光耦隔离DC-DC和DC-AC技术，前级控制部分采用UC3843产生PWM对Boost升压电路进行控制。
后级控制是由单片机生成两路SPWM波，利用光耦TLP250对逆变功率元件MOS管的驱动脉冲控制，使其输出为交流正弦波稳压的光伏逆变器。
Boost直流升压变换器。
电路中的升压电感L起到了反复充放能量的作用，当升压电感L储能后于输入电压叠加使输出电压升高，而电容C在电路中起到作用：一种滤波，二种储存能量。
通过改变功率开关管的导通和关闭时间到达控制输出电压的效果。
该直流升压电路的优势为其结构较为简单，损耗较小，输出效率较高。
电路中M0S管Q1Q3和Q2Q4分别为两对同时导通的功率开关，从而同侧Q1Q2和Q3Q4分别两个功率管交替导通组成全桥电路。
将输入电压逆变成交流电压的幅值为V in，电路中电感L和电容C组成滤波器。
通过改变功率管的断开时间，可以得到相对应的输出电压V out。
基于单片机的逆变电源设计说明
摘要本设计是基于单片机STC而设计的纯正弦波逆变电源。
额定输入电压为12V 的直流电，输出为50Hz,220V的交流电。
额定输出功率为300W。
设计了全方位的保护电路。
包含了可以根据温度来控制散热风扇的开启。
实现了输入低压、过压的关断功能。
当输入的电压过低时，停止逆变，可以防止损坏蓄电池，当输入的电压过高时，停止逆变，可以防止损坏芯片。
拥有输入防反接功能，当输入正负极接错时，关断输入与后级电路的连接，不会烧坏芯片或蓄电池。
采用了一个液晶屏来显示输出的电压，输出频率等信息。
采用了两个发光二极管来指示工作状态。
采用了一个蜂鸣器，当产生错误时，发出蜂鸣报警。
输出的交流电为标准的正弦波，而不是方波或修正波，可以实现更宽围的带负载能力。
根据测试，转换效率在85%以上，输出稳定，达到了良好的实验效果。
关键词：单片机，逆变电源，正弦波，反接保护AbstractThe design is based on STC microcontroller designed for pure sine wave inverter. Rated input voltage of 12V DC, output is 50Hz, 220V AC. Rated output power of 300W. Designed a full range of protection circuits. Can be included to control the temperature on the cooling fan. Achieve a input voltage, overvoltage shutdown function. When the input voltage is too low, the inverter is stopped, to prevent damage to the battery, when the input voltage is too high, the inverter is stopped to prevent damage to the chip. Has the input anti-reverse function when the input is negative then the wrong time, and after the shutdown input stage circuit connections will not burn chips or batteries. Uses a liquid crystal screen to display the output voltage, output frequency and other information. Uses two light emitting diodes to indicate the operating status. Uses a buzzer when an error occurs, the alarm beeps. The standard AC output sine wave, rather than a square wave or modified wave, a wider range can be achieved with a load capacity. According to the test, the conversion efficiency of more than 85%, stable output, to achieve a good experimental results.Key Words:MCU,Inverter,Sine wave, reverse polarity protection目录1引言41.1系统研究的背景41.2 系统研究的意义52 系统的工作原理与结构52.1系统的工作原理52.2系统的硬件结构92.3系统的软件设计103 系统的硬件设计113.1主控制器113.2 DC-DC模块123.3 DC-AC模块163.4 保护模块213.5直流5V电路设计233.6显示与报警模块234.系统的软件设计244.1开发环境介绍254.2 SPWM程序设计284.4液晶驱动程序设计344.5 输出采样程序设计385完毕语40致41参考文献41附录一系统原理图42附录二系统源程序错误!未定义书签。
一种基于单片机控制的逆变电源电路设计
１ ． 系统 总体方案设 计 １ ． １总体 设计 思路
依 据相关 的要求 ，输 入的直流 电压 ，输
方 案二 ：使用Ｋ Ａ ７ ５ ０ ０ ，与Ｔ Ｌ ４ ９ ４ ＊ Ｈ 比～ ： 者的 区别 只是芯片 内部 的运放输入端 的基准 源大小有些微 小的差别 ，没有对 电路 的功能 和性 能造 成 什 么影 响 。因 为 当今 的市 场 上 想要找 ￣ Ｕ Ｋ Ａ ７ ５ ０ ０ Ｃ 芯片 已经很难 了，就算通
Ｉ 丝． 皇 蕴 …………………………变电源电路设计
河北省教育考试院 田明儒
【 摘要 】设计 以单 片机为主控制 芯片，桥 武逆 变电路、ｓ Ｔ ｃ １ ２ ｃ ５ Ａ ６ ０ ｓ ２ 单片机ｓ Ｐ ｗＭ控制电路等电路组成 了逆变电源的电路 。最终 可以达 到直 流输入 ，２ ０ Ｖ ＃ Ｊ 交流输
支持 。 方案 四 ：用 ｓ ’ Ｆ ＣＩ ２ Ｃ ５ Ａ ６ ０ Ｓ 单 片 机 ，此
集成 了全部脉 宽调制 电路 ；内置 了５ ｖ 的基 准
的同时稳 定性也不 够高 。 方案 二：驱动选 用集成 驱动芯 片 驰动 Ｍ Ｏ Ｓ 管的方 式可 以选 择简单 的外 围
单 片机 为新一代 的５ １ 单片机 ，它 的ｆ ｌ ａ ｓ ｈ 为 电路 ，在 简 化 电路 的 同时 ，稳 定性 也 加 强 ６ ４ ｋ ，具有两路 的Ｐ Ｗ Ｍ 输出 ，脉 宽可以通过软 了 。Ｉ Ｒ 公司 的 Ｉ Ｒ ２ ｌ １ ２ 芯片 驱动 能 力较 强 ， 件 的方式来调节 ，优点是 ：不仅 具有较高 的 高边 驱动 电源 可 以通 过 非 常简 单 的 电路 来
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基于单片机的小功率逆变器的设计与实现
作者：朱立为蒋品群廖志贤
来源：《现代电子技术》2012年第04期
摘要：为了提高逆变器的整体性能，以STC12C5A60S单片机为核心，设计并实现了一个小功率逆变器。
通过单片机直接产生脉宽调制波，控制功率开关器件组成的桥电路实现逆变。
根据单片机对外部电位器上电压的采样值对输出电压的幅值进行控制，使得输出电压幅度可调。
采用数/模电路结合设计，使得逆变器的体积大大减小。
硬件上的功能模块化设计，使整个系统的检测性和操控性大大加强。
该逆变器电路简单，工作稳定可靠，且易于升级，具有较大的推广应用价值。
关键词：逆变器；单片机；脉宽调制；功率开关器
中图分类号：； TM464文献标识码：A文章编号：
(College of Electronic Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China)
Abstract：
ed and implemented. The SCM directly produces sinusoidal pulse width modulation (SPWM) wave to control the bridge circuit composed of power switching device to realize inverse transform. It can regulate the amplitude of the output voltage according to the voltage sampling value of the external potentiometer. A digilogue circuit was adopted in the design to make the size of the inverter reduced greatly. The modular design of hardware makes the whole system easy to test and manipulate. The inverter is simple, reliable and easy to upgrade. It has a popularization and application value.
Keywords： inverter; SCM; SPWM; power switch
收稿日期：
基金项目：广西高校重点建设实验室项目（200912）；广西研究生教育创新计划资助项目（2011106020809M50）0引言
逆变器是将直流电能变换成交流电能的电气装置，通常用大功率高反压电力电子器件来实现［1］。
太阳能发电中，光电池阵列所发出的电为直流电。
但是，大多数用电设备的供电为交流电，所以电力系统中常需要将直流电变换成交流电的逆变器。
此外，逆变器在工业控制、
通信、交通等领域的应用也非常广泛。
正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM），是指以正弦波做调制波（Modulating Wave），以F倍于正弦调制波频率的三角波做载波（Carrier Wave），进行波形比较后产生一组幅值相等、宽度正比于正弦调制波的矩形脉冲序列，来等效正弦调制波［2］。
本文以STC12C5A60S单片机为核心，利用其内部两路可编程计数阵列（PCA）模块来模拟脉宽调制法［3］，设计并实现了一个输出电压幅值可调的小型逆变器。
1系统硬件设计
本文使用Altium Designer 6.9完成硬件电路原理图和PCB图的设计。
图1是该设计的总体电路结构图。
图1电路结构图该设计实现的功能是将6 V的直流电通过三级功率变换
（）得到频率为50 Hz，幅度为110 V的工频交流电以供交流负载使用。
现将硬件电路各部分的具体设计和功能作如下描述。
1.1电源模块
使用直流到直流变换芯片MC34063与LM7805和LM7812组合得到12 V和5 V的直流电，为硬件电路的各模块提供所需电源。
1.2前级升压模块
通过SG3525芯片与其外围电路产生两路互补的高频PWM（Pulse Width Modulation）脉冲波，用这两路高频脉冲波分别控制由两个MOS（IRF3205）管组成的单边桥高频逆变器，并与高频变压一起实现前级升压。
通过前级升压，把6 V的直流电升到300 V左右的高频交流电，为后面的工频逆变做准备。
1.3整流器与滤波模块
4个二极管组成整流桥电路对前级升压模块输出的高频交流电进整流，并且经过LC滤波器进行滤波作为工频逆变桥电路的输入。
1.4工频逆变器MOS桥电路驱动模块
该设计中驱动工频逆变器桥的4个MOS管使用IR2110芯片来完成。
单片机产生的两路SPWM控制信号经过死区时间［4］后作为2片IR2110的逻辑输入。
用2片IR2110芯片组成的驱动电路输出4路两两互补的信号，从而控制全桥逆变电路的上、下桥臂的通断［］，实现逆变功能。
1.5SPWM产生模块
以STC12C5A60S单片机为核心构建的最小系统，作为模块的控制部分。
同时增加一个模/数转换电路，通过读取电位器上的电压值，实现逆变器输出幅值可调［7］。
两路SPWM信号由STC12C5A60S单片机PCA模块输出端P1.3口和P1.4口。
其原理是用正弦表数据去设置STC12C5A60S单片机PCA模块的比较寄存器的值确来模拟脉宽调制法，最终获得宽度正比于正弦调制波的矩形脉冲序列来等效正弦调制波。
产生两路SPWM波的原理如图2所示。
图2两路SPWM波形产生原理图2系统软件设计
该设计的控制芯片是宏晶公司的STC12C5A60S单片机，它的内部有两路PCA模块。
预先通过Matlab计算出标准的工频交流电的正弦表，以数组的形式存放在单片机内部扩展数据存储器中。
然后利用这个数据表去动态地设置PCA模块比较寄存器的值，实现计数周期动态改变［8］，输出的高电平脉冲宽度随正弦规则变化［9］。
主程序流程图如图3所示，PCA中断子程序流程图如图4所示。
3系统测试
3.1SPWM波形产生模块测试
以单片机为核心构成的SPWM波形产生模块通过程序控制运行后，可以得到两路互补的SPWM波形，如图5所示。
用示波器截取了模块的单路SPWM几个细节片段图，如图6所示，脉宽是不断变化的。
图3主程序流程图图4中断子程序流程图3.2整体的系统测试
在输入端输入5 V的直流电，经过系统逆变以后，可以在系统的输出端得到有效值为110 V，频率为50 Hz的交流电。
输出电压经示波器探头衰减10倍以后接入示波器，得到如图7所示图形。
示波器的另一路输入是检测全桥电路的左上桥臂的SPWM波形，而另一路刚好对应右上桥臂。
图5两路互补SPWM波形图6SPWM细节图图7系统输出波形图4结语
该设计基于单片机控制的数/模混合电路的实现，使得整个硬件电路的体积大大减小。
由于数字单片机的引入，可控性大大增强。
参考文献
［1］陈道炼.静止变流器［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.
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［3］钱慧芳,毛惠丰,陈增禄.SPWM面积中心等效法研究［J］.电气应
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［5］吴振宇,耿兴华,冯林,等.基于DSP 的单相光伏并网逆变器的设计［J］.电力电子技
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［8］唐中燕.基于单片机的单相SPWM变频器的设计［J］.电机电器技术
［9］徐育辉,高仲合.基于AT89C52单片机控制的逆变器检测系统［J］.微计算机信
息。