【正文】 。熱敏電阻接入 DCDC 模塊中PWM 脈沖產(chǎn)生芯片 SG3525 的 關(guān) 斷 端。 當(dāng)溫度恢復(fù)正常時(shí)，兩個(gè)金屬片又重新斷開 。風(fēng)扇不工作。 KSD9700 是由兩片不同材料的金屬片組成的。 另一個(gè)是作為 DCDC 模塊的溫度補(bǔ)償模塊，當(dāng)溫度過高時(shí)，停止前級 DCDC 的轉(zhuǎn)換。 FANS1KSD9700GND+12V 圖 39 散熱風(fēng)扇電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)有兩路溫度控制電路。第二層為 45 圈，內(nèi)圈疊在第一層線上，外圈嵌在第一層的空隙中。磁環(huán)的導(dǎo)磁率為 125，電感量為 ，導(dǎo)磁率為 60。磁環(huán)為 直徑 40MM的鐵硅鋁 材料制作。電路 原理圖如圖 38 所示。 LC 濾波電路設(shè)計(jì) 為了濾除開關(guān)管輸出的交流電中高頻成分，以及增強(qiáng)電源的 EMI 特性。 RF9IRF840RF10IRF840R32100R3310R34D39IN4148HVO_400VHO2R35100R3610R37D40IN4148LO2C50474/630VRF11IRF840RF12IRF840R38100R3910R40D42IN4148HOR41100R4210R43D43IN4148LOVO_L VO_NR44GND 圖 37 開關(guān)電路原理圖 開關(guān)管的控制信號為 IR2110S 隔離后的 SPWM 正弦波，輸入電壓為 400V左右的直流電，經(jīng)過 SPWM 波形調(diào)制后，輸出 220V， 50Hz 的正弦波交流電。 IRF840 的最大 漏 源基于單片機(jī)的正弦波逆變電源設(shè)計(jì) 15 電 壓在 500V， 漏極電流為 8A 左右，足以滿足本次設(shè)計(jì)的要求。因此必須使用功率足夠的功 率開關(guān)管。該二極管擁有較小的 反向漏電流 ，可以有效的減小電荷損失。自舉二極管所需承受的電流是柵極電荷與開關(guān)頻率之積。經(jīng)過計(jì)算，本次設(shè)計(jì)的自舉電容為100uf/35V。開關(guān)管柵極 泄漏 壓降約有 1/2 左右。開關(guān)管在開通后，自舉電容兩端的電壓為 10V，開關(guān)管充分導(dǎo)通的所需電壓為 。 C2 C29 為自舉電容 ， D D21 為自舉 二極管。 LO1COM2VCC3NC4NC5VS6VB7HO8NC9NC10VDD11HIN12SD13LIN14VSS15NC16* IR2110SGNDC22100UF/35VVLD4FM1SC23100UFC24GND+12VLOHOC25100UFC26SDSPWM1SPWM2LO1COM2VCC3NC4NC5VS6VB7HO8NC9NC10VDD11HIN12SD13LIN14VSS15NC16IR2110SGNDC29100UF/35VVND21FM1SC30100UFC31GND+12VLO2HO2C28100UFC27SDSPWM3SPWM4 圖 36 驅(qū)動 隔離原理圖 單片機(jī)輸出的四路 SPWM 波輸入到 IR2110S 的 HIN 和 LIN。 IR2110S的管腳如表 31 所示。最高工作 頻率可以為 500KHz。懸浮電源采用的是自舉電路，可以實(shí)現(xiàn)高端工作電壓在 500V。 IR2110S 采用閂鎖和 HVIC 的 CMOS 制造工藝的貼片封裝，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 本次設(shè)計(jì)采用的是 IR2110S 作為驅(qū)動器件。但缺點(diǎn)是體積大，加工復(fù)雜，對傳輸信號有一定的要求。電磁隔離常用的器件是脈沖變壓器。主要 器件為光耦 。 基于單片機(jī)的正弦波逆變電源設(shè)計(jì) 13 波驅(qū)動 隔離 單片機(jī)直接輸出的功率較小，而且容易受到后級功率型開關(guān)器件的干擾，從而引發(fā)災(zāi)難性的后果。第三部分是對開關(guān)管的輸出的波形進(jìn)行濾波。第一部分是驅(qū)動單片機(jī)產(chǎn)生的 SPWM 波形。然后通過 LC 濾波電路濾除 其它雜波，使輸出波形更加完美。逆變電源的性能很大程序取決于該模塊的性能。因此，該模塊是是整個(gè)系統(tǒng)中最重要的組成部分。 設(shè)計(jì)的電路如圖 35 所示。供給下一級使用。輸出經(jīng)過一個(gè)100uf/400V的電容濾波處理。并將線頭去 漆 上錫。采用高溫膠帶包三層左右。相當(dāng)于 10 匝 。 采用同樣方法，繞第二層。在空隙處用另 5 根線繞兩圈，如藍(lán)線。 圖 34 繞制示意圖 先用 5 根 線繞兩圈，如圖中紅色。 (2) 初級繞組 (低壓部分 ) 低壓繞組分兩層。 用一根 線繞 30圈 左右，可以繞 一層 為準(zhǔn)。 繞制步驟為。 (3)副邊繞組匝數(shù) 根據(jù) 原副邊繞組匝數(shù)比 公式 NP /NS=VIN MIN/(2XVOP)，可以計(jì)算出原副邊繞組的匝數(shù) 比為 1： 6。 (2)原邊繞組匝數(shù) 原邊繞組 匝數(shù) NP 的計(jì)算公式如下。 窗口面積 Aq 為 平方厘米 。 關(guān)于變壓器的參數(shù)計(jì)算，主要有以下幾項(xiàng)。因此，它屬于對稱式變壓器。 高頻變 壓器磁化特性曲線工作在第一和第三 象限 。設(shè)計(jì)的部分 電路如圖 33 所示。 由于 PWM 產(chǎn)生電路屬于高頻電路，與后級電路存在相互干擾的可能性。 VT1 和VT2 輸出 PWM 波，其相位差 180176。產(chǎn)生的 PWM 脈 沖送至放大管 VTVT2 的基極。該方波脈沖送入或非門其中一個(gè)輸入端，另兩個(gè)輸入端為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩鋸齒波。比較器根據(jù)輸入的鋸齒波和誤差放大器的輸出進(jìn)行比較。 f=)( 1 RdRTCT ? 基于單片機(jī)的正弦波逆變電源設(shè)計(jì) 10 振蕩器的產(chǎn)生的輸出有兩種形式，一種是傳入雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，輸出方式為時(shí)鐘脈沖的形式；另一種傳送到比較器的同相輸入端，輸入方式為以鋸齒波的形式。 5 腳外接電容 CT， 6 腳外接電阻 RT。 這三個(gè)引腳內(nèi)部的比較器和電容充放電電路加上外接的電阻電容電路便可組成振蕩器。 圖 32 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 芯片的 1 腳 為反相輸入端， 2 腳為同相的輸入端， 這兩個(gè)管腳 連接的是芯片內(nèi)直流開環(huán)增益為 70db 的兩級差分誤差放大器。 PWM 脈沖產(chǎn)生電路 本次設(shè)計(jì) PWM 脈沖產(chǎn)生采用的芯片是 定頻 PWM 芯 片 SG3525。第二部分是變壓器的設(shè)計(jì)。根據(jù)該模塊的功能，可以將該模塊分為三個(gè)部分來設(shè)計(jì)。該電壓輸入到高頻變壓器的低壓端，變壓器的高壓端輸出一個(gè) 400V左右的交流電。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 31 所示。集成了 4 路可編程的 PWM 模塊電路，使得通過編程來產(chǎn)生 SPWM 波形，最終調(diào)制出 50Hz 的交流電。自帶看門狗電路，無需外置看門狗芯片，減小系統(tǒng)的體積和成本。 擁有高速運(yùn)算、超低功耗、超強(qiáng)抗干擾的性能。 STC12C5410AD 是宏晶公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘單片機(jī)，指令與 8051 系列完 全兼容，但速度卻快了近 10 倍。程序流程圖如圖 28 所示。 蜂鳴器是當(dāng)發(fā)生短路、過載、輸入過低或過高時(shí)發(fā)出蜂鳴聲告知用戶。液晶屏可以顯示輸出的電壓，電流，頻率等信息。 基于單片機(jī)的正弦波逆變電源設(shè)計(jì) 7 顯示 與告警 模塊有 三 部分 。當(dāng)短路恢復(fù)后，自動恢復(fù)逆變轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入正負(fù)接反時(shí)，切斷電源輸入，保護(hù)后級電路。如果輸入電壓過低，表示蓄電池電量不足，停止轉(zhuǎn)換，保護(hù)蓄電池。 保護(hù)模塊主要有溫度 控制 、輸出 保護(hù)、 輸入保護(hù) 等 。輸出的高頻方波經(jīng)過整流濾波后轉(zhuǎn)換為 400V左右的直流電，給整個(gè)逆變電源提供足夠的功率。 通過系統(tǒng)自帶 PCA 模塊，來對比寄存器的值，采用模擬脈寬調(diào)制法，控制端口輸出正弦調(diào)制波即產(chǎn)生 SPWM 驅(qū)動。 D C / D C 模 塊1 2 V 直 流輸 入D C / A C 模 塊4 0 0 V D CA C 2 2 0 V 5 0 H z保 護(hù) 模 塊散 熱 風(fēng) 扇主 控 制 器反 饋 電 壓 、 電 流S P W M 控 制顯 示 、 告 警 模 塊 圖 27 逆變電 源系統(tǒng)框圖 主控制 器 采用單片機(jī) STC12C5410AD。系統(tǒng)的硬件可分為幾大模塊：主控制器， DCDC 驅(qū)動模塊， DCAC 模塊，保護(hù)模塊，顯示模塊。第三步是將升壓后的交流電進(jìn)行 濾波 ，得到一個(gè)正弦波波形的交流輸出。第一步是通過震蕩電路將直流電變?yōu)榻涣麟?。本次設(shè)計(jì)采用單極性調(diào)制方式。 單 極性調(diào)制時(shí)一個(gè)橋臂為低頻狀態(tài)，另一個(gè)為高頻狀態(tài)，因此，開關(guān)管的導(dǎo)通損耗較低。 此時(shí)的 uo=Ud 。此時(shí)的 uo=Ud。在 ur的正負(fù)半周，對各開關(guān)管的控制規(guī)律相同。 在 ur的每半個(gè)周期中，調(diào)制載波的三角波有正有負(fù)，所得 PWM波的幅值有 177。 圖 26 雙極性調(diào)制波形圖 對于雙極性調(diào)制，在 ur和 uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)管的通斷。 雙極性調(diào)制與單極性調(diào)制相比，多了一個(gè)零電平，即輸出電平包括正、負(fù)和零三個(gè)電平。在 uruc時(shí)， V3的狀態(tài)為斷， V4的狀態(tài)為通。 在 uruc時(shí)， V3的狀態(tài)為通， V4的狀態(tài)為斷。在 uruc時(shí)， V3的狀態(tài)為通， V4的狀態(tài)為斷。在 uruc時(shí)， V3的狀態(tài)為斷， V4的狀態(tài)為通。 圖 25 單極性調(diào)制波形圖 基于單片機(jī)的正弦波逆變電源設(shè)計(jì) 5 在 ur和 uc的相交的時(shí)刻控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)閉 ， uof表示 uo的基波分量。 單極性調(diào)制是指 H 橋 輸出包括 兩個(gè)相反的電平 ，輸出載波 f1 與開關(guān)工作 f2 相同。而這些周期信號經(jīng)過正弦脈寬調(diào)制，稱為 SPWM 調(diào)制，電路結(jié)構(gòu)稱為 SPWM 全橋結(jié)構(gòu)。四個(gè)開關(guān)器件也不可同時(shí) 關(guān) 斷，否則輸出出現(xiàn)不可控的狀態(tài)。 圖 24 全橋逆變電源 結(jié)構(gòu)圖 V V V3 和四個(gè)開關(guān)管以及 VD VD VD3 和 VD4 四個(gè)續(xù)流二極管構(gòu)成了左右兩個(gè)橋臂。 實(shí)際應(yīng)用中，只要將圖中的開關(guān)，改為可控的開關(guān)器件，這些開關(guān)器件組成的電路稱為全橋。 電流方向和 波形如圖 23 所示。電流從負(fù)載的右側(cè)流向左側(cè)。 電流方向和 波形如圖 22 所示。電流從負(fù)載的左側(cè)流向右側(cè)。工作模型如圖 21 所示。 基于單片機(jī)的正弦波逆變電源設(shè)計(jì) 3 第二章 系統(tǒng)的工作原理與結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的工作原理 逆變電源是一種將低壓直流電轉(zhuǎn)換為高壓交流電的過程。 而且 傳統(tǒng)逆變電源基于模擬元件的設(shè)計(jì)，沒有可編程的能力，使得逆變電源的可擴(kuò)展能力差，沒有顯示功能等問題。隨著人們 使用的電器數(shù)量和種類的增加，對逆變電源的波形、容量等參數(shù)的要求也越高，使得設(shè)計(jì)的逆變電源的復(fù)雜度也越來越高，采用的元件也越來越多。 隨著逆變電源應(yīng)用的場合越來越多，對逆變電源技術(shù)的發(fā)展要求也越來越高。而人們使用的家電無法直接通過蓄電池供電。 另一方面 隨著太陽能發(fā)光的大力推廣，逆變電源在太陽能發(fā)光的過程中有著不可缺少的作用。沒有設(shè)計(jì)顯示屏，用戶無法查看輸出參數(shù)。而目前常見的車載逆變電源有諸多缺點(diǎn)。 基于單片機(jī)的正弦波逆變電源設(shè)計(jì) 2 系統(tǒng)研究的意義 一方面 目前私家車已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶，而車內(nèi)可使用電器卻因?yàn)殡娫词艿街T多的限制。但缺點(diǎn)是技術(shù)不夠成熟。與市電相比波形基本一致。第三種是純正弦波逆變電源。大大減小了輸出波形的諧波含量。第二種是修正波逆變電源。 而 由于輸出波形是方波，上升和下降是突變的，當(dāng)負(fù)載為感 性負(fù)載時(shí)，由于電感對儲能特性，會產(chǎn)生尖峰脈沖高壓。 此電源 結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換效率較高，技術(shù)成熟。目前的逆變電源按照輸出波形可分為三種。 進(jìn)入 21 世紀(jì)以后，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，逆變電源在設(shè)計(jì)上，也漸漸使用微電子元件。這些器件的出現(xiàn)為逆變電源技術(shù)的高速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。限于晶閘管的功率，電源的輸出功率較小。逆變電源開始廣泛使用晶閘管 來作為主要器件 ，與傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)換相比，效率明顯提高。這種轉(zhuǎn)換方式占用空間大，重量大，產(chǎn)生一定的噪聲，而且效率十分低下。而隨著電子技術(shù)的發(fā)展，逆變電源也有一個(gè)高速發(fā)展的歷程。 關(guān)鍵詞 單片機(jī)，逆變電源，正弦波，反接保護(hù) Abstract The 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. I designed a full range of protection circuits. It 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