基于增強型單片機的間接逆變器

北方民族大學電氣信息工程學院 白偉華

基于增強型單片機的間接逆變器

北方民族大學電氣信息工程學院 白偉華

本文設計一種以增強型單片機STC12C5A60S2為核心的逆變器，采用BOOST電路將15V直流電升壓到36V，再經過全橋逆變電路變換成交流電，最后用工頻變壓器得到220V/50HZ交流電。其中單片機P1．0，P1．1通過ADC實時檢測電路的電壓、電流，P1．3口產生一路PWM波，P0．0-P0．7用于連接1602液晶顯示，P2．1-P2．3用于按鍵輸入，P3．0，P3．1用于在線下載程序。本文設計的系統使安全及穩定性得到了很大提升。

增強型單片機；BOOST電路；全橋逆變電路

0 引言

51系列增強型STC12C5A60S2單片機具有ISP/IAP在線編程、兩個獨立串口、8通道高速10位A/D轉換、低功耗高可靠性等功能，速度比普通8051快6～12倍，SPI高速同步串行通信接口，

逆變器的發展與電力電子技術的發展息息相關，電力電子器件的發展促進了逆變器的發展。本設計采用電壓電流瞬時反饋控制技術并從系統設計、硬件設計、程序設計等方面闡述單相逆變器的設計過程。

1 系統設計

本設計主要采用的硬件電路有單片機、L7805降壓電路、全橋逆變電路、IR2104驅動全橋電路、LC濾波器、按鍵輸入電路、1602液晶顯示、電壓檢測電路，電流檢測電路等一些外圍電路，系統框圖如圖1所示。

逆變器的作用是將直流電轉化為交流電，經過電感電容濾波后供給負載，本設計采用全橋逆變電路，橋式驅動采用IR2104驅動電路，用PWM控制調節逆變器輸出電壓及頻率，濾波電路采用LC濾波是為了濾除高次諧波，最終得到正弦波。

圖1 逆變器總體框圖

2 硬件設計

2.1 電壓檢測電路

逆變器在帶負載的運行過程中，負載變化會引起逆變器輸出電壓的波動，如果逆變器輸出電壓低于某個數值，會影響正在運行的負載。單片機的采樣電壓最高為5v，而boost升壓為51v，所以必須要采用電壓檢測電路。

2.2 電流檢測電路

電流檢測電路也是設計當中重要的一個環節。電流不易于被單片機檢測，但可以利用測電壓的方法間接的測得電流。輸出回路串聯一個電阻，根據歐姆定律，把電流轉化為電壓量，這樣只要測得電壓的值，經過單片機的處理，就得出了電流的值。采樣得到的信號一般很小，單片機不易于捕捉，為了解決這個問題，在設計電路當中我們引入LM358對采集到的電壓信號放大，然后將放大后的信號輸入單片機的檢測模塊進行檢測。

3 軟件設計

3.1 主程序流程圖

主程序主要處理對時間要求不是很敏感的數據，例如按鍵檢測，電壓電流狀態顯示等。

圖2 程序流程圖

3.2 定時器中斷程序

STC12C5A60S2單片機內部自帶8路10位ADC模數轉換，實際上是內部只有一個ADC電路，8個開關通道要同時工作的話，只能每個通道依次輪流進行，所以在中斷程序中，設定輪流查詢1、2、3通道，使得資源能得到最高效率的應用。

中斷程序模塊要對輸入電壓、輸出電壓和輸出電流這三個變量進行采集檢測。基于單片機本身的特性，其沒有具備對以上三個變量同時采集檢測，因此它只能以輪流打開通道的方式來完成。在升壓的部分，它調節輸出電壓值的大小，即通過檢測到的電流和電壓反饋的情況，電流電壓過大或過小時都可以通過占空比相應的調整，這樣既防止了板子電壓過高被燒壞，同時也保證了輸出的電壓穩定。在全橋逆變的部分，要求逆變輸出的是一個穩定的正弦電壓值。單片機利用脈寬調制的方法使一系列的脈沖占空比以正弦規律變化即可。此時我們可設定半個周期內把波形分成若干等份，份數越多，輸出的正弦波形越平滑。把這些數據采用一維數組的方式存放在數組里面，程序運行的時候對數組訪問查詢即可。

3.3 ADC檢測數據程序

這個模塊程序設計主要是對采集的電壓電流濾波，我們多取些數據，這里取200個，使用平均濾波算法，讓輸出的電壓質量高、穩定性好，使最后顯示出的電壓、電流更加接近真實狀況。

4 結論

本設計闡述了逆變器基本結構硬件、軟件的設計。本設計的核心是基于增強型51單片機STC12C5A60S2的正弦波逆變器，其具有硬件結構簡單、安全控制系統，能實現了系統的過壓、過流保護；設計了驅動電路、控制電路的設計，提高系統的可靠性；系統軟件采用模塊化設計，為二次開發提供了非常便利的條件。經多次調試，系統運行良好，基本達到本設計要求。

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