基于单片机的SPWM逆变电源设计

2 系统硬件设计
系统硬件电路有以下几个部分组成： n 系统主电路 n 单片机最小系统 n 采样电路及A/D转换电路 n SPWM波产生电路 n TLP250驱动电路
n 系统保护电路
系统主电路及单片机时钟、复位电 路
系统主电路 复 位 电 路
时钟电路
采样电路及A/D转换电路
采 样 电 路
A/D 转换 电路
基于单片机的SPWM 逆变电源设计
逆变电源的国内外研究现状
目前，逆变电源大多采用正弦波脉宽调制，即SPWM技术。逆变电 源以数字化控制为发展趋势，是现代逆变电源发展功率电子器件的大 功率研究的一个热点。
逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，电力电 子器件的发展带动着逆变电源的发展。 逆变电源出现于电力电子技 术飞速发展的20世纪60年代，到日前为止，它已经历了三个发展阶段。
谢谢
复位 SA4828
写初始化数据
写控制字数据
U(n-1)置初值
E(n-1)置 0
Y 报警标志为 1 N 置报警标志为 1 Y 过压、欠压、过流、过热
启动定时器 T0
采样子程序
滤波子程序
PI 子程序
写控制子程序
系统的主程序流程图
采样子程序
启动ADC0809的工作过程 是：先由ALE信号锁存通道地 址000，后由START有效启动A/ D转换，即执行一条MOVX @DPT R,A指令产生WR信号，使ALE、 START有效，锁存通道号并启 动A/D转换。A/D转换完毕，EO C端发出一正脉冲供单片机查 询，最后执行MOVX A,@DPTR 产生/RD信号使OE端有效，打 开输出锁存器三态门，8位数 据就读入到单片机中。
本设计的主要研究内容
掌握51单片机及SPWM调制的有关知识； 设计系统的总体设计方案； 设计系统的硬件电路，包括单片机控制电路设计，TLP250驱动电路的 设计，滤波电路设计，逆变桥电路设计，系统保护电路设计； 设计系统的程序流程；
1 系统的总体设计方案
系统总体框图
三相电源 EMI 整流滤波 全桥逆变 输出滤波 负载
写控制字子程序
开始
各控制寄存 器编程值为：R 0＝0EBH，R1＝ 68H，R2＝06H， R＝R5＝00H，R 3则根据系统控 制程序来设定。
置寄存器 R0 值
置寄存器 R1 值
置寄存器 R2 值
置寄存器 R3 值
置虚拟寄存器 R15 值
返回
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。
系统保护电路
输出过流保护是指电 源输出电流超过所设定的 允许值时，使电源不受损 坏的技术措施。
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。
系统保护电路
随着温度的升高，电子元件的性能 输出短路保护是指电源输 出短路时，使电源不受损 都会下降甚至损坏，因此我们必须在系 统内加装散热风扇，另外还应当对电源 坏的技术措施。 关键部位的温度进行监测，防止因温度 过高而引起元器件的损坏。
SPWM波产生电路
SA4828的SETTRIP引脚接反相器的输出脚，使单片机 能够在异常情况下封锁SA4828的输出，SA4828的/TRIP 引脚接一只发光二极管，当SA4828的输出被封锁时，发 光二极管亮，用来显示封锁状态。
Tห้องสมุดไป่ตู้P250驱动电路
因为主电路电压均为高电压、大电流情况，而控制单元 为弱电电路，所以它们之间必须采取光电隔离措施，以提高 系统抗干扰能力。光耦TLP250是一种可直接驱动小功率MOSFE T和IGBT 的功率型光耦，其最大驱动能力达1.5A。
第一代逆变电源是采用晶闸管(SCR)作为逆变器的开关器件，第 二代逆变电源是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。第三代逆变 电源采用了实时反馈控制技术，使逆变电源的性能得到提高。
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 交流或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，它具有以下优点： 1)变频，逆变电源将市电转化为用户所需的交流电； 2)变相，逆变电源能将单相交流电转化为三相交流电； 3)逆变电源能将直流电转化为交流电。
系统保护电路
本系统用到一个5V的电源（主要由7805组 成）和12V电源（主要由7812组成）
3 系统软件设计
开始
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ADC08 09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。
滤波子程序
中位值滤波是对某一被测参 数连续采样n次（一般n取奇 数），然后把n次采样值按大小 排列，取中间值为本次采样值， 本系统我们取n为7，并用冒泡 排序法来对采样值进行排序。 中位值滤波能有效地克服偶然 因素引起的波动或采样器不稳 定引起的误码等脉冲干扰。对 温度、液位等缓慢变化的被测 参数采用此法能收到良好的滤 波效果，但对于流量、压力等 快速变化的参数一般不宜采用 中位值滤波。
辅助电源
驱动隔离
保护电路
输出采样
SPWM 发生器
单片机
报警
系统的工作原理
系统的工作原理：三相电压380V经整流滤波变成高压直流 电压，后级逆变电路采用SPWM控制方式，通过对逆变桥采用正 弦脉宽调制控制，逆变输出电压经过电感、电容滤波后，最终 在负载上得到220V/50Hz的正弦波交流电。 系统中输出采样电路的采样电压通过ADC0809转换成数字信 号，送给单片机。单片机根据这个电压采样值进行中位值滤波、 PI控制算出电压值，单片机再通过P0口把数据送到SA4848中， 来控制SPWM波发生器输出的SPWM波形参数，从而控制逆变桥两 个桥臂的控制信号RPHT、RPHB，改变输出电压的幅值。SPWM发 生器产生的SPWM波经四个驱动隔离电路去驱动逆变电路，从而 把整流滤波后得到的直流电逆变成稳定交流电。 系统单片机采用AT89C51，SPWM波发生器采用SA4828三相 SPWM波发生器，这里我们只使用其一相输出波形，驱动隔离电 路采用TLP250，主电路采用高压整流模块和IGBT模块，输出采 样模块使用ADC0809。
开始
启动 A/D 转 换 延时
转换结束否
读取并存储转换数据
第七次采样
N
返回
PI子程序
把采样值与系统设定 电压值（本系统为220V） 进行比较，求出偏差E(n), 再判断此时的偏差是否在 允许的范围内，如果是， 则不改变SA4828中的控制 数据，如果超过了允许范 围，就采用的PI控制算法 去计算出此时的控制调制 幅度值, 改变SA4828中的 控制数据。
T0 中断开始
中断标志位清零
过压、欠压、过流、过热 N 报警标志位清零
Y
关断电源输 出、报警
中断返回
总结
本次毕业论文设计：基于单片机的SPWM的逆变电源的设计，已经基 本完成。 本文所做的主要工作如下： n 阐述了逆变器的国内外研究的现状及研究的意义； n 明确设计任务，结合现有实际条件，确立自己的设计方案； n 对自己确立的方案进行硬件实现，先分模块进行设计（包括系统主电 路、采样电路、A/D转换电路、单片机控制电路、SPWM产生芯片 SA4828电路、驱动电路、系统保护电路），再整合各个子模块，完 成系统的硬件电路图，并用proteus绘制出整个系统总体电路图。 n 基于系统的硬件条件，进行系统软件设计（包括系统主程序、采样子 程序、滤波子程序、PI子程序、写控制字子程序、中断子程序），并 对各个部分进行分析。