基于單片機(jī)的車載正弦波逆變輔助供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

盧曉輝

摘要： 課題主要研究以單片機(jī)為控制核心的車載正弦波逆變輔助供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，項(xiàng)目由用嵌入式微型控制器的控制部分電路、可顯示逆變器工作信息的顯示模塊、推挽升壓控制芯片驅(qū)動(dòng)推挽升壓部分電路、全橋逆變部分電路等單元組成。

Abstract： The project is composed of the control circuit of embedded microcontroller， the display module which can display the working information of inverter， the push-pull boost circuit driven by push-pull boost control chip， the full bridge inverter circuit and so on. The DC input from the battery is filtered by the capacitor and sent to the push-pull boost converter driven by the push-pull boost control chip.

關(guān)鍵詞： 車載逆變器;全橋逆變;推挽升壓

Key words： car inverter;full bridge inverter;push pull boost

中圖分類號(hào)：U223.6????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0024-02

0? 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車越來(lái)越多地進(jìn)入家庭，與人們的生活逐漸聯(lián)系到了一起。然而，汽車只有直流電，而且它的電壓一般較低，例如轎車是12V大型貨車一般是24V，筆記本電腦、手機(jī)充電器等常用小電器不能夠直接在車上使用，在很多情況下限制了人們的使用，尤其在旅行、出差工作的時(shí)候。因此，汽車電源越來(lái)越受到人們的重視。傳統(tǒng)的汽車電源通常采用低壓的逆變器加工頻變壓器的方案，但是該方案效率低、體積大、重量大可靠性極低并且不方便使用，并不適用于車載的惡劣環(huán)境。隨著新型電力電子元件和電力電子技術(shù)的發(fā)展，高頻變壓器被用作升壓變換器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高頻變壓器的逆變電路。它存在于傳統(tǒng)的汽車電源中，可以解決這一問(wèn)題，保證汽車電源的可靠性減小了逆變器的體積，更加適用于汽車使用的環(huán)境。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本逆變器系統(tǒng)控制終端的是以STM32F103C8T6單片機(jī)作為中央控制單元，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，控制所述溫度控制模塊，溫度采集模塊，顯示模塊。電源電路將電池電壓經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓器LM7805，穩(wěn)壓后的5V再經(jīng)過(guò)AMS1117降壓到3.3V供給單片機(jī)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

為了提高M(jìn)OSFET的帶負(fù)載能力，通常將MOSFET接成全橋式或者是半橋式，這樣每個(gè)MOSFET承受的電壓為VCC/2，在需要較大的輸出電壓場(chǎng)合就可以用較小的MOSFET耐壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。橋式電路如圖2所示。

將正弦波的正半個(gè)周期生成的SPWM波，送入Q8和Q10讓其同時(shí)導(dǎo)通（此時(shí)須先讓Q7和Q9截止），那么在負(fù)載RL上得到正半個(gè)波形的SPWM波形。將正弦波的負(fù)半個(gè)周期生成的SPWM波，送入Q7和Q9讓其同時(shí)導(dǎo)通（在Q7和Q9之前必須先讓Q8和Q10截止，以防止系統(tǒng)短路），那么在負(fù)載RL上得到負(fù)半個(gè)波形的SPWM波形。也就是在整個(gè)正弦波周期，RL上的波形是正半個(gè)SPWM和負(fù)半個(gè)SPWM的疊加，就得到一個(gè)全波型的SPWM。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的車載正弦波輔助供電系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括驅(qū)動(dòng)使能、電壓報(bào)警、AD轉(zhuǎn)換、數(shù)字顯示模塊，系統(tǒng)首先完成STM32F103C8T6的初始化，然后檢查電路各部分是否正常，若出現(xiàn)不正常的情況，蜂鳴器報(bào)警，等待處理。然后ADC檢測(cè)電路工作，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量反饋給單片機(jī)，單片機(jī)將采集到的信息通過(guò)液晶顯示到顯示屏上，通過(guò)調(diào)節(jié)SPWM占空比，使輸出的正弦波電壓穩(wěn)定，最后在輸出部分得到需要的波形。主程序流程圖如圖3所示。

4? 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試前對(duì)原理圖進(jìn)行檢查并且無(wú)誤，對(duì)PCB連線檢查無(wú)誤，焊接正確測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，無(wú)惡劣電磁環(huán)境干擾，室溫25℃。對(duì)逆變器進(jìn)行了整體調(diào)試，在空載情況下使用福祿克17B+萬(wàn)用表以及福祿克123B示波表對(duì)于輸出電壓以及頻率進(jìn)行了多次測(cè)量，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)表格測(cè)量數(shù)據(jù)可以得出，在空載時(shí)逆變器輸出電壓達(dá)到了220V±0.1V，測(cè)量頻率達(dá)到50Hz±0.02Hz，結(jié)果表明逆變器空載時(shí)輸出參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

在帶載情況下使用福祿克17B+萬(wàn)用表以及福祿克123B示波表對(duì)于輸出電壓以及頻率進(jìn)行了多次測(cè)量，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)表格測(cè)量數(shù)據(jù)可以得出，在空載時(shí)逆變器輸出電壓達(dá)到了220V±0.1V，測(cè)量頻率達(dá)到50Hz±0.02Hz，輸出電流約為1.2A，輸入電壓約為23.7V，輸入電流約為13A，效率η≈85.7%，參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，表明逆變器帶載時(shí)輸出參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5? 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于單片機(jī)的車載正弦波逆變輔助供電系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建設(shè)成本低，可靠性高，能夠有效解決現(xiàn)有車載逆變器存在的成本高、難以使用的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)的車載正弦波輔助供電系統(tǒng)能夠滿足功率以及電壓穩(wěn)定輸出等基本要求，在過(guò)壓、欠壓、過(guò)流情況下可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能并發(fā)出報(bào)警。可以實(shí)現(xiàn)電壓電流顯示并且精度基本符合要求，綜上所述本設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù)要求。提升了整體環(huán)境安全性，對(duì)提高當(dāng)前人們生活水平和生活質(zhì)量具有十分廣泛的實(shí)際應(yīng)用意義。

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