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(tǒng)使安全及穩(wěn)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(fā)展與電力電子技術的發(fā)展息息相關，電力電子器件的發(fā)展促進了逆變器的發(fā)展。本設計采用電壓電流瞬時反饋控制技術并從系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(jié)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(huán)節(jié)。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(tài)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?；趩纹瑱C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(jié)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(wěn)定。在全橋逆變的部分，要求逆變輸出的是一個穩(wěn)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(guī)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(wěn)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(tǒng)，能實現了系統(tǒng)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(tǒng)的可靠性；系統(tǒng)軟件采用模塊化設計，為二次開發(fā)提供了非常便利的條件。經多次調試，系統(tǒng)運行良好，基本達到本設計要求。

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