单向正弦逆变电源设计

2015年西安邮电大学第六届TI杯大学生电子设计竞赛设计报告参赛序号编号：21参赛题目单相正弦波逆变电源（B类）参赛队员白进宝、刘森林、郭紫燕指导教师邢立冬报告日期2015年4月19日单相正弦波逆变电源1目录摘要……………………………………………………………………2一系统方案……………………………………………………………31设计要求………………………………………………………………………32系统构思………………………………………………………………………3二理论分析与计算………………………………………………………31逆变电路…………………………………………………………………………42控制电路…………………………………………………………………………43SPWM波分析……………………………………………………………………44滤波电路…………………………………………………………………………55过流保护电路……………………………………………………………………56单片机供电模块…………………………………………………………………5三硬件设计………………………………………………………………61.使用IR2011驱动H桥电路……………………………………………………72、滤波电路………………………………………………………………………73、过流保护电路…………………………………………………………………7四软件设计………………………………………………………………81程序流程图………………………………………………………………………8五测试方案与测试结果……………………………………………………9单相正弦波逆变电源2摘要逆变电源是将一种电能变换的装置，是从稳恒的直流电逆变成交流电。随着电子技术的发展，逆变电源越来越广泛。根据系统要求，输入UI=15V的直流电，设计并制作输出正弦交流电压Uo。本系统首先用单片机输出两个镜像的spwm波，将spwm波输入到逆变电路从而实现将15V的直流电逆变成交流电，将逆变电路输出的交流电经过滤波电路后形成正弦交流电。通过过流保护电路保证电源和负载的安全。【关键字】逆变电源SPWM单片机单相正弦波逆变电源3一、系统方案1设计要求（1）UI=15V、Io=1A条件下，输出电压Uo=10±0.2V，频率fo=50±0.5Hz，输出正弦波无失真(2）UI=15V、Io=1A条件下，尽量提高逆变电源效率。（3）UI=15V、Io在0.1~1A范围内变化，负载调整率SI≤1%。2系统构思通过单片机产生spwm波，控制H桥的导通，把直流电逆变成交流电，再通过滤波将交流电滤成正弦形式，最后输入到负载电路上。并通过过流保护电路保护电路。设计流程框图二、理论分析与计算1、逆变电路：H桥，常用于逆变器（即直流变交流）。通过开关的开合，将直流电逆变为某个频率或可变频率的交流电。如图1——1所示单相桥式逆变电路工作原理开关T1、T4闭合，T2、T3断开：u0=Ud；开关T1、T4断开，T2、T3闭合：u0=－Ud;当以频率fS交替切换开关T1、T4和T2、T3时，则在负载电阻R上获得交变电压波形（正负交替的方波），其周期Ts=1/fS，这样，就将直流电压E变成了交流电压uo。其原理图如下：单片机产生可变SPWM波LC滤波输出IR2110驱动H桥逆变过流保护电路负载单相正弦波逆变电源42.控制电路设计：输出两路镜像的spwm波控制由IR2110芯片控制的H桥逆变电路，SPWM波的占空比是按照正弦形式的。3、SPWM波分析：等效正弦波频率为20Hz、30Hz、40Hz、50Hz······载波比给定为20。计算后可得：400Hz、600Hz、800Hz、1000Hz······根据公式计算得到占空比为:0.1251、0.3632、0.5657、0.7128、0.7902、0.7128、0.5657、0.3632、0.1251。又由公式可计算出高电平时间。（程序见附录）4.滤波电路：一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数RLC是其充电周期的确2～5倍。对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流周期的一半，即RLC≥（2～5）T/2=2～5/2f,由于ω＝2πf,故ωRLC≥(2～5)π,取ωRLC＝3π则单相正弦波逆变电源5C=3π/ωRL5、过流保护电路：其中100Kῼ电阻用来限制，通过比较器LM311对电流互感器采样转化的电压进行比较，LM311的3管脚接10Kῼ电位器来调整比较基准电压，输出后接100ῼ的电阻限流它与后面的220μF的电容形成保护时间控制。当电流过流时比较器输出是高电平产生保护，使SPWM不输出，控制场效应管关闭，等故障消除，比较器输出低电平，逆变器又自动回复工作。电路图如下：6、单片机供电模块：采用54340芯片为单片机供电。单相正弦波逆变电源6三、硬件设计1.使用IR2011驱动H桥电路2、滤波电路3、过流保护电路单相正弦波逆变电源7四．软件设计1程序流程图否中断开始清除中断标志SPWM查表中断标志=？读取A/D取样值PI调节修正将修正值给比较寄存器中断返回单相正弦波逆变电源8五、测试方案与测试结果1.先用示波器检测单片机产生的SPWM正弦波。2.然后经过整流桥和滤波带负载用示波器检测输出信号。3.加大电流，用示波器检测单片机是否停止输出SPWM波。最后回复正常电流，再检测是否可以输出SPWM波。结果：单相正弦波逆变电源9单相正弦波逆变电源10参考文献[1]魏伟.正弦波逆变电源的研究现状与发展趋势[J].电气技术,2008，(11).[2]谈扬宁，朱兆优，王海涛.基于PICFxx单片机控制的正弦波逆变电源[J].电子元器件应用,2009，(08).[3]杨庆江,李晔,包西平.一种应用于独立光伏系统的新型逆变器[J].太阳能,2007,(01).[4]赵建武.单相SPWM逆变电源仿真设计[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2008,(03).[5]张竹，张代润，何易桓，王超.一种多功能逆变电源的设计与实现[J].电源世界,2009，(01).[6]《电力电子技术》.廖冬初，聂汉平主编.华中科技大学出版社.2007，（09）.[7]《全国大学生电子设计大赛培训系列教程—模拟电子线路设计》.高吉祥主编.2007，（05）.[8]《单片机原理使用教程—基于Prpteus虚拟仿真》.徐爱钧主编.电子工业出版社.2010，（01）.[9]《C程序设计》第三版.谭浩强主编.清华大学出版社.2005，（07）.[10]《信号与系统基础》.金波主编.华中科技大学出版社.25006，（05）.[11]廖家平，袁兆梅，张治国.基于单片机PWM控制逆变电源的设计[TM].2006，（5）.[12]李娜，邵利敏，赵秋霞，郭燕霞.基于16位单片机的逆变电源系统的设计[TM].2007，（10）.[13]陈晓萍，王念春，马玉龙.基于PIC单片机的SPWM控制技术.2006，（09）.[14]驱动芯片IR2110的功能简介.电子元器件应用.2006，（08）.[15]周俊杰,钱晓耀,陈上挺.一种基于PIC系列单片机的SPWM逆变电源[TM].2008，（04）.[16]基于STC系列单片机的SPWM波形实现.2007，（12）.[17]自制12V转交流220V逆变器.2010，（09）.[18]张峻岭.逆变电源稳定性分析[TM].2006，（01）.[19]陈维,郭必广.正弦逆变器输出短路过流保护设计.2009.