【正文】 導(dǎo)線橫截面上的電流分布不均，使導(dǎo)線的有效截面積減少，電阻增大)，一般要求導(dǎo)線線徑小于兩倍穿透深度。確定了鐵芯下面計(jì)算一下匝數(shù)。為原邊和副邊的功率。一般來說，磁心材料磁導(dǎo)率高，在一定線圈匝數(shù)時(shí)，通過不大的激磁電流就能有較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，線圈就能承受較高的外加電壓，因此輸出一定功率要求下，可減小磁心體積。}void dutfactor0(unsigned int p){ OCR0=255*p/100。反向減1過程中，當(dāng)計(jì)數(shù)器TCNT1的值與輸出比較寄存器OCR1A/OCR1B的值相同匹配時(shí)置位OC1A/ OC1B，即使引腳OC1A和 OC1B輸出高電平。 ATmega128L功能簡(jiǎn)介ATMEL公司于1997年研發(fā)并推出了全新配置的、采用精簡(jiǎn)指令集RLSC結(jié)構(gòu)的新型單片機(jī)，簡(jiǎn)稱AVR單片機(jī)。 推挽式變換器整流二極管應(yīng)當(dāng)具備正向?qū)妷旱?、反向恢?fù)時(shí)間短和反向漏電流小等特點(diǎn)，變壓器副邊為全橋整流電路，加在整流二極管上的反向電壓為V，整流管上承受的最大反向電壓V=400V（直流側(cè)最高電壓）。以上式子中，Uo為推挽式DCDC變換器經(jīng)過整流未經(jīng)過濾波的輸出電壓，n為高頻變壓器次級(jí)繞組與初級(jí)繞組的匝數(shù)比，Ui為高頻變壓器初級(jí)線圈N1繞組或N2繞組的輸入電壓。單極性PWM控制方式如圖211所示，單極性調(diào)制中，逆變器同一橋臂的上部功率開關(guān)管和下部功率開關(guān)管在調(diào)制波（輸出電壓基波）的半周期內(nèi)僅有一個(gè)功率開關(guān)管多次開通和關(guān)斷。根據(jù)PWM原理，每一等份都可以用與其面積相等的矩形脈沖來代替，設(shè)定這些脈沖是等幅不等寬，則由這N個(gè)脈沖所組成的序列與正弦半波是等效的，脈沖的寬度和開關(guān)管的開關(guān)時(shí)刻是對(duì)應(yīng)的，可以由下面的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到。在SPWM信號(hào)輸出端加適當(dāng)?shù)臑V波器就可以恢復(fù)出原調(diào)制正弦波信號(hào)。結(jié)合上一小節(jié)的分析可以知道，推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不適合應(yīng)用于高電壓輸入的場(chǎng)合，因此我們將在半橋式和全橋式結(jié)構(gòu)當(dāng)中選擇一種作為本文DCAC變換器部分的設(shè)計(jì)方案。因?yàn)椋霕蚴阶儔浩鏖_關(guān)電源兩個(gè)開關(guān)器件的工作電壓只有輸入電源電壓Vin的一半，其最高耐壓等于工作電壓與反電動(dòng)勢(shì)之和，大約是電源電壓的兩倍[9]。單向電壓源高頻鏈逆變器只能單向傳輸功率，即DCHFACDCLFAC，和雙向逆變器相比，雖然多了一級(jí)功率變換，但卻省去了緩沖電路和有源電壓鉗位電路，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)來說要簡(jiǎn)單得多，所以非常適用于不需要雙向功率傳輸?shù)膱?chǎng)合，如只由蓄電池或太陽能電池等低壓直流電源提供電能的情況下。圖23單向電壓源高頻鏈逆變器的電路結(jié)構(gòu)2)雙向電壓源高頻鏈逆變器如圖24所示為全橋全波式雙向電壓源高頻鏈逆變器的電路結(jié)構(gòu)：圖24全橋全波式雙向電壓源高頻鏈逆變器該結(jié)構(gòu)式目前較為常用的一種功率雙向式傳輸?shù)哪孀兤鹘Y(jié)構(gòu)。所以，要實(shí)現(xiàn)逆變器的小型化、輕量化，就必須采用新的逆變技術(shù)。因此，該逆變電源的逆變電路必須有一個(gè)升壓的過程。第二章首先詳細(xì)分析與比較現(xiàn)有逆變系統(tǒng)的各種組合方案，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇系統(tǒng)的硬件構(gòu)架和軟件算法；然后，介紹了SPWM的生成原理及控制方式，采用單片機(jī)軟件直接法生成PWM波和通過反饋控制使電源輸出電壓穩(wěn)定。由于逆變系統(tǒng)可做到超大容量，并且功率開關(guān)管的狀態(tài)變換會(huì)對(duì)電網(wǎng)和外部電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，所以，可靠性設(shè)計(jì)和EMC設(shè)計(jì)顯得尤其重要，它關(guān)系著逆變技術(shù)的發(fā)展。提高效率，換一句話就是降低損耗。第二代逆變電源是采用自關(guān)斷器件作為逆變器的開關(guān)器件，從二十世紀(jì)七十年代起，功率器件技術(shù)得到了突破，自關(guān)斷器件問世，而采用自關(guān)斷器件作為開關(guān)管的逆變器性能相比于第一代有了很大的提高。在逆變器未出現(xiàn)以前，DCAC變換時(shí)通過直流電動(dòng)機(jī)交流發(fā)電機(jī)組來實(shí)現(xiàn)的，這種組合稱為旋轉(zhuǎn)變流機(jī)。本文順應(yīng)這種趨勢(shì)設(shè)計(jì)了一臺(tái)基于單片機(jī)控制的高頻鏈正弦波逆變電源。 學(xué)校代碼： 11059 學(xué) 號(hào)： Hefei University 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）BACHELOR DISSERTATION 論文題目： 基于單片機(jī)的逆變器的設(shè)計(jì) 學(xué)位類別：　　　　　　 工 學(xué) 學(xué) 士 年級(jí)專業(yè)（班級(jí)）： 09自動(dòng)化(1)班 作者姓名： 導(dǎo)師姓名： 完成時(shí)間： 2013年5月21日 基于單片機(jī)的逆變器的設(shè)計(jì)中 文 摘 要電力系統(tǒng)變電站和調(diào)度所的繼電保護(hù)和綜合自動(dòng)化管理設(shè)備有的是單相交流供電的，其中有一部分是不能長(zhǎng)時(shí)間停電的。數(shù)字控制技術(shù)能夠簡(jiǎn)化電路，克服溫漂，是逆變電源的發(fā)展趨勢(shì)。 SPWM2目 錄第一章 前言 1 1 2 2 2 3 3 3第二章 逆變系統(tǒng)方案的選擇及設(shè)計(jì) 4 4 4 5 6 DCDC變換器 7 DCAC逆變器 9 10 SPWM波的實(shí)現(xiàn)方法 10 SPWM的控制方式 11 12第三章 逆變器前級(jí)DC/DC推挽升壓 13 13 DCDC推挽主電路參數(shù)的計(jì)算 14 14 15 15 15 ATmega128L功能簡(jiǎn)介 15 基于ATmega128L單片機(jī)的PWM波的生成 16 18 18 20 21第四章 逆變器后級(jí)DC/AC單相全橋逆變 22 DCAC主電路結(jié)構(gòu)分析 22 DCAC電路參數(shù)計(jì)算 24 24 24 25 26 SWPM波生成及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 28 SWPM波的生成 28 29 31 31 31 32 32 33第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 34 34 34 35 37 39第六章 結(jié)論 40參考文獻(xiàn) 41附 錄 42原理圖 42部分程序 43致 謝 51第一章 前言電能變換的類型有四種：DCDC變換器，它是將一種直流電能變換為另一種直流電能的變換器；DCAC變換器，它是將直流電能變換為交流電能的變換器，這種交流裝置稱為逆變器；ACDC變換器，它是將交流電能變換為直流電能的變換器；ACAC變換器，它是將一種交流電能變換為另一種交流電能的變流器[1]。它代替了變流機(jī)組，減小了逆變電源的體積，但是SCR缺乏自關(guān)斷能力的缺點(diǎn)嚴(yán)重的阻礙了逆變電源的發(fā)展[2]。根據(jù)目前在逆變電路中使用到的大功率開關(guān)器件，可以將其進(jìn)行分類，如表11所示：表11大功率開關(guān)器件分類類型名稱英文縮寫單極型功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)晶體管MOSFETSIT雙極型普通晶閘管可關(guān)斷晶閘管靜電感應(yīng)晶閘管大功率晶體管SCRGTOSITHGTR復(fù)合型絕緣柵型晶體管MOS控制晶體管IGBTMCT目前，在設(shè)計(jì)逆變電源時(shí)最常用到的開關(guān)器件為MOSFET、IGBT、GTO、GTR等，但SIT、SITH、MCT等新型開關(guān)器件正在研發(fā)和推廣，必將取代MOSFET、IGBT、GTO、GTR等。對(duì)于一件電子產(chǎn)品或電子系統(tǒng)來說，工作可靠性和電磁兼容性（EMC）是相當(dāng)重要的。簡(jiǎn)單介紹了逆變技術(shù)的發(fā)展歷程及發(fā)展方向，結(jié)合本文的研究方向著重地闡述了數(shù)字控制技術(shù)在逆變電源的研究現(xiàn)狀。這種正弦波輸出逆變器的輸入電壓變化范圍較寬，而其輸出則要求是穩(wěn)壓的。這種逆變器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，性能可靠，目前仍有比較廣泛的應(yīng)用，但是由于工頻變壓器的存在，使得低頻鏈逆變器的體積大、重量重、成本高、音頻噪聲很大。從電路結(jié)構(gòu)圖可以看出，單向電壓源高頻鏈逆變器主要包括兩大部分：從輸入濾波器到高頻整流濾波電路，即DCHFACDC為一個(gè)DCDC變換器；從高頻整流濾波電路到輸出濾波器，即DCLFAC為一個(gè)DCAC變換器。逆變器并接在市電電網(wǎng)上，正常情況下，電網(wǎng)一方面給交流負(fù)載供電，另一方面按LFACHFACDC給逆變器直流側(cè)的蓄電池充電；在市電電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，逆變器按DCHFACLFAC給交流負(fù)載供電。半橋式變換器最大的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)兩個(gè)開關(guān)器件的耐壓要求比推挽式變換器對(duì)兩個(gè)開關(guān)器件的耐壓要求可以降低一半。由于我們整體的設(shè)計(jì)方案是需要把48V直流電轉(zhuǎn)變成為220V，50Hz的交流電，為滿足電壓輸出要求，綜合考慮了開關(guān)管、變壓器等損耗，DCDC變換器需要將48V直流電壓升壓到360V或者720V的高壓直流電，而這個(gè)高壓直流電將作為DCAC變換器的輸入電壓。把正弦信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過調(diào)制得到PWM波，因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)為正弦信號(hào)，所以此時(shí)的PWM波也叫做SPWM波。直接法也叫做面積等效法或沖量法，只需要知道載波周期就可以計(jì)算出脈沖的寬度，如圖29所示：圖29直接法生成SPWM波把正弦半波分為N等份，則每一等份的寬度為π/N弧度[11]。圖210雙極性SPWM控制示意圖2)單極性SPWM調(diào)制單極性調(diào)制方式與雙極性調(diào)制方式不同的是，單極性調(diào)制方式的特點(diǎn)是在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)兩只功率管以較高的開關(guān)頻率互補(bǔ)開關(guān)，保證可以得到理想的正弦輸出電壓：另兩只功率管以較低的輸出電壓基波頻率工作，從而在很大程度上減小了開關(guān)損耗。所以，推挽式DCDC變換器的輸出電壓uo，約等于高頻變壓器次級(jí)線圈N3繞組產(chǎn)生的正激式輸出電壓Up或Up的半波平均值Upa或Upa： ——M1導(dǎo)通期間；或——M2導(dǎo)通期間?？紤]到綜上的計(jì)算選用選取的MOSFET管為RU190N08，該管的主要參數(shù)如下：；；；；。因此可選為假設(shè)，代入數(shù)據(jù)得，在設(shè)計(jì)當(dāng)中選用的是330uF/450V的電解電容。在設(shè)置正向比較匹配輸出模式下:正向加1過程中，TCNT1的計(jì)數(shù)值與輸出比較寄存器OCR1A/ OCR1B的值相同匹配時(shí)清零OC1A/OC1B，即使引腳OC1A和OC1B輸出低電平。 OCR0=OCR2=0。高頻變壓器磁心多是低磁場(chǎng)下使用的軟磁材料，有較高的磁導(dǎo)率、低的矯頑力和高的電阻率。設(shè)原副邊電流密度相等，為J，則由上述三式可得：即 即為變壓器窗口面積和磁芯截面積的乘積。則：增加10%的裕度取查手冊(cè)選取EE40鐵氧體磁芯，其,有效截面積。考慮到集膚效應(yīng)，原邊用3根銅線并繞。M1—M4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖42所示。但過大的載波比N也意味著極高的開關(guān)頻率，在高頻率應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)帶來很大的開關(guān)損耗，逆變效率就得不到保證。另外，由于設(shè)計(jì)的開關(guān)頻率為20KHz，所以MOSFET的通斷時(shí)間必須要遠(yuǎn)小于50us。(1)吸收緩沖電路電容Cs的計(jì)算由于電容Cs的充電過程決定了MOSFET兩端的電壓的上升率，假設(shè)MOSFET關(guān)斷的瞬間就有電流從電容Cs和二極管Ds回路流過，對(duì)Cs充電。在逆變電源中，輸出濾波通常采用LC濾波。具體設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)截至頻率和負(fù)載來選擇。一對(duì)開關(guān)頻率分量分流很大，因此濾波器不允許開關(guān)頻率分量通過，更不允許它的高次諧波通過。芯片采用經(jīng)過改良的雙極性SPWM調(diào)制，經(jīng)過外部死區(qū)時(shí)間生成后，輸入經(jīng)MOSFET或IGBT驅(qū)動(dòng)電路至H橋 逆變電路，輸出經(jīng)過簡(jiǎn)單的濾波即可得到高品質(zhì)的純正正弦波。5腳接上一LED燈用于指示芯片的工作狀態(tài)，為讓芯片穩(wěn)定工作，利用電位器分壓得到1V供給13腳，12腳輸出控制前級(jí)關(guān)斷的信號(hào)，10腳接輸出采樣電壓用于穩(wěn)定電壓，8腳即可輸出兩路互補(bǔ)的SPWM脈沖信號(hào)。如此循環(huán)反復(fù)[4]。當(dāng)采樣電阻的電壓一旦超過1V（即直流母線的電流大于2A）就立刻產(chǎn)生短路保護(hù)信號(hào)。+ 5V電源利用LM7805穩(wěn)壓芯片，將LM7805的輸入端接到LM2576的輸出端，輸出經(jīng)電容濾波后得到+5V電源。由于頻率較高，放大后的波形只能觀察到一部分，看不到SPWM波脈寬從小到大，再從大到小的完整變化過程，但從圖53中仍然可以看到脈寬是逐漸變寬的，這和SPWM波的變化規(guī)律是相符的。圖58 硬件實(shí)物圖1圖59 硬件實(shí)物圖2圖510 硬件實(shí)物圖3本章主要是對(duì)系統(tǒng)的輸出波形進(jìn)行分析，通過分析系統(tǒng)在不同負(fù)載下的波形圖和頻譜響應(yīng)圖可以看出輸出波形效果良好，各次諧波含量較低，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2)本設(shè)計(jì)沒有采用軟開關(guān)技術(shù)，限制了系統(tǒng)效率的進(jìn)一步提高。//12864端口初始化 PORTA=0x00。j++)。//關(guān)模擬比較器 ADCSRA=0X86。 //*清標(biāo)志 ADCSRAamp。 Lcd_WriteData(m%10+0x30)。 // Lcd_DisplayString(2,0,輸出電流： A)。define setSID PORTA |=BIT(3)。//并/串口選擇；//sbit RST=P2^3。n)。}*//*************************************///函數(shù)功能：寫入命令/*************************************/void Lcd_WriteCmd(unsigned char LData){ unsigned char i。 setSCLK 。 for(i=0。 } clrSID。i++) { if(LDataamp。i4。i++) { setSCLK 。 clrSID。 } setSCLK 。 } Delay(50)。 LData=LData1