單相正弦波逆變電源

1、 單相正弦波逆變電源 摘要：本單相正弦波逆變電源的設(shè)計，以 12V蓄電池作為輸入，輸出為 36M 50Hz的標(biāo)準(zhǔn) 正弦波交流電。該電源采用推挽升壓和全橋逆變兩級變換， 在控制電路上，前級推挽升壓電 路采用SG3525芯片控制，閉環(huán)反應(yīng)；逆變局部采用驅(qū)動芯片 IR2110進行全橋逆變，采用 U3990F6完成SPWMJ調(diào)制，后級輸出采用電流互感器進行采樣反應(yīng)，形成雙重反應(yīng)環(huán)節(jié)， 增加了電源的穩(wěn)定性；在保護上，具有輸出過載、短路保護、過流保護、空載保護等多重保 護功能電路，增強了該電源的可靠性和平安性； 輸出交流電壓通過 AD637的真有效值轉(zhuǎn)換后， 再由STC89C52單片機的控制進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，

2、 最終將電壓值顯示到液晶 12864上，形成了良 好的人機界面。該電源很好的完成了各項指標(biāo)，輸入功率為 46.9W,輸出功率為43.6W,效 率到達了 93%輸出標(biāo)準(zhǔn)的50Hz正弦波。 關(guān)鍵詞：單相正弦波逆變 DC-DC DC-AC SPWM Abstract: The single-phase sine wave inverter power supply design, battery as a 12V input and output for the 36V, 50Hz standard AC sine wave. The use of push-pull power booster a

3、nd two full-bridge inverter transform, in the control circuit, the pre-boost push-pull circuit using SG3525 chip control, closed-loop feedback;inverter driver IC IR2110 in part to the use of full-bridge inverter using SPWM modulation U3990F6 completed, level after the use of current transformer outp

4、ut sampling feedback. The feedback link in the formation of a double and increase the stability of power. In protection, with output overload, short circuit protection, over current protection, the protection of multiple no-load protection circuit, which enhancing the reliability of the power supply

5、 and safety.AC voltage output of the AD637 True RMS through conversion, and then from the control of single-chip STC89C52 analog-digital conversion, the final value of the voltage to the liquid crystal display 12864 on the formation of a good man-machine interface. The completion of the power good i

6、ndicators, input power to 46.9W, output power of 43.6W, the efficiency reached 93%, 50Hz sine wave output standards. Key words: Single-phase sine wave inverter DC-DC DC-AC SPWM 目錄 1. 系統(tǒng)設(shè)計 . 4 1.1設(shè)計要求 . 4 1.2總體設(shè)計方案 . 4 1.2.1設(shè)計思路 . 4 1.2.2方案論證與比擬 . 5 1.2.3系統(tǒng)組成 . 8 2. 主要單元硬件 電路設(shè)計 . 9 2.1 DC-DC變換器控制電路的設(shè)

7、計 . 9 2.2 DC-AC電路的設(shè)計 . 10 2.3 SPWM波的實現(xiàn) . 10 2.4真有效值轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 . 11 2.5保護電路的設(shè)計 . 12 2.5.1過流保護電路的設(shè)計 . 12 2.5.2空載保護電路的設(shè)計 . 13 2.5.3浪涌短路保護電路的設(shè)計 . 14 2.5.4電流檢測電路的設(shè)計 . 15 2.6死區(qū)時間控制電路的設(shè)計 . 15 2.7輔助電源一的設(shè)計 . 15 2.8輔助電源二的設(shè)計 . 15 2.9高頻變壓器的繞制 . 17 2.10低通濾波器的設(shè)計 . 18 3. 軟件設(shè)計 . 18 3.1 AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 . 18 3.2液晶顯示電路的設(shè)計 . 19

8、 4. 系統(tǒng)測試 . 20 4.1測試使用的儀器 . 20 4.2指標(biāo)測試和測試結(jié)果 . 21 4.3結(jié)果分析 . 24 5結(jié)論 參考文獻 . 25 附錄1使用說明 . 25 附錄2主要元器件清單 . 25 附錄3電路原理圖及印制板圖 . 28 附錄4程序清單 . 3925 1. 系統(tǒng)設(shè)計 1.1設(shè)計要求 制作車載通信設(shè)備用單相正弦波逆變電源 ，輸入單路12V直流，輸出220V/50HZ。滿載 時輸出功率大于100VV效率不小于80%具備過流保護和負載短路保護等功能。 1.2總體設(shè)計方案 1.2.1設(shè)計思路 題目要求設(shè)計一個 車載通信設(shè)備用單相正弦波逆變電源 ，輸出電壓波形為正弦波。設(shè) 計中主

9、電路采用電氣隔離、 DC-DC-AC的技術(shù)，控制局部采用 SPWM 正弦脈寬調(diào)制技 術(shù)，利用對逆變原件電力 MOSFET的驅(qū)動脈沖控制，使輸出獲得交流正弦波的穩(wěn)壓電源。 1.2.2方案論證與比擬 DC-D C變換器的方案論證與選擇 方案一:推挽式DC-DC變換器。推挽電路是兩不同極性晶體管輸出電路無輸出變壓 器有OTL、OCL等。是兩個參數(shù)相同的功率 BJT管或MOSFET管，以推挽方式存 在于電路中，各負責(zé)正負半周的波形放大任務(wù)。電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管 每次只有一個導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小效率高。推挽輸出既可以向負載灌電流，也可以 從負載抽取電流。推挽式拓撲結(jié)構(gòu)原理圖如圖 1.2.1所

10、示。 圖 1.2.1推挽式拓撲結(jié)構(gòu)圖 方案二：Boost升壓式DC-DC變換器。拓撲結(jié)構(gòu)如圖 1.2.2所示。開關(guān)的開通和關(guān)斷 受外部PWba號控制，電感L將交替地存儲和釋放能量， 電感儲能后使電壓泵升，而電容Cout 可將輸出電壓保持平穩(wěn)，通過改變 PWM控制信號的占空比可以相應(yīng)實現(xiàn)輸出電壓的變化。 該電路采取直接直流升壓，電路結(jié)構(gòu)較為簡單，損耗較小，效率較高。 方案比擬：方案一和方案二都適用于升壓電路， 推挽式DC-DC變換器可由高頻變壓器將 電壓升至任何值。Boost升壓式DC-DC變換器不使用高頻變壓器， 由12V升壓至312V, PWM 信號的占空比擬低，會使得 Boost升壓式DC

11、-DC變化器的損耗比擬大。所以采用方案一。 (2) DC-AC換器的方案論證與選擇 方案一：半橋式DC-AC變換器。在驅(qū)動電壓的輪流開關(guān)作用下 ，半橋電路兩只晶體管交 替導(dǎo)通和截止，它們在變壓器T原邊產(chǎn)生高壓開關(guān)脈沖，從而在副邊感應(yīng)出交變的方波脈沖 ， 實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換。半橋電路輸入電壓只有一半加在變壓器一次側(cè)， 這導(dǎo)致電流峰值增加，因此 半橋電路只在500W或更低輸出功率場合下使用， 同時它具有抗不平衡能力， 從而得到廣泛 應(yīng)用。半橋式拓撲結(jié)構(gòu)原理圖如圖 123所示。 方案二：全橋DC-AC變換器。全橋電路中互為對角的兩個開關(guān)同時導(dǎo)通，而同一側(cè)半 橋上下兩開關(guān)交 替導(dǎo)通，將直流電壓成幅值為 Vi

12、n的交流電壓，加在變壓器一次側(cè)。改變開 關(guān)的占空比，也就改變了輸出電壓 Vout。全橋式電路如圖1.2.4所示。 Lo 圖 1.2.4全橋式電路 方案比擬：方案一和方案二都可以作為 DC-AC變換器的逆變橋，由兩者的工作原理可 知，半橋需要兩個開關(guān)管，全橋需要四個開關(guān)管。半橋和全橋的開關(guān)管的耐壓都為 VDC，而 DC 1 半橋輸出的電壓峰值是 一VDC，全橋輸出電壓的峰值是 VDC ,所以在獲得同樣的輸出電壓的 2 時候，全橋的供電電壓可以比半橋的供電電壓低一半。出于這點的考慮，決定采用方案二。 (3)輔助電源的方案論證與選擇 方案一：采用線性穩(wěn)壓器 7805。 方案二：采用Buck降壓式DC

13、-DC變換器。 方案比擬：方案一的優(yōu)點在于可以使用很少的元器件構(gòu)成輔助電源一，但是效率較低。 方案二的優(yōu)點在于效率高達 90%缺點是需要的元器件多，且本錢較高。由于輔助電源一會 影響到整個系統(tǒng)的效率，所以采用方案二。 圖 1.2.5 直接數(shù)據(jù)處理框圖 方案二：使用電流傳感器加真有效值轉(zhuǎn)化器以及 ADC對電流進行采樣讀數(shù)。 利用電流傳 感器和電阻將電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出，經(jīng) AD637進行真有效值轉(zhuǎn)換后，由 ADC0832行讀數(shù)， 1.2.3系統(tǒng)組成 系統(tǒng)方框圖如圖1.2.7所示，先采用DC-DC變換器把12V蓄電池的電壓升至 312V,保 證輸出真有效值為 36V的正弦波不出現(xiàn)截止失真和飽和失真。

14、輸出電壓反應(yīng)采用調(diào)節(jié) SPWM 信號脈寬的方式。該系統(tǒng)采用兩組相互隔離的輔助電源供電，一組供應(yīng) SPWM!號控制器使 用，另外一組供應(yīng)輸出電壓、 電流測量電路使用， 這樣防止了交流輸出的浮地和蓄電池的地 不能共地問題。因為SPW郵制器輸出的SPW晰號不含死區(qū)時間，所以增加了死區(qū)時間控制 電路和逆變橋驅(qū)動電路。 空載檢測電路使得當(dāng)沒有負載接入時， 讓系統(tǒng)進入待機模式， 當(dāng)有 負載接入時，才進行逆變工作模式。 同時，空載檢測電路也作為過流保護的采樣點。輸出電 流檢測使用電流互感器和真有效值轉(zhuǎn)換芯片 AD637實現(xiàn)。輸出電壓也使用 AD637進行RMS-DC 轉(zhuǎn)換后，由ADC采樣后分析，在液晶屏幕上

15、顯示。 圖 1.2.7系統(tǒng)組成圖 2. 單元硬件電路設(shè)計 2.1 DC-DC變換器控制電路的設(shè)計 DC-DC變換器控制電路如圖 2.1.1所示。SG3525是電流控制型 PWM控制器，所謂電 流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反應(yīng)電流來調(diào)節(jié)脈寬的。 可以補充一些SG3525芯片資料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、封裝、引腳端功能 在脈寬比擬器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進行比 較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。 由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán) 和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、 負載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提 高，是目前比擬理想的新型控制器。 R6 和C7設(shè)定了

16、PWM芯片的工作頻率，計算公式為 , 1 f = - 1 。 R7為死區(qū)時間編程電阻。 Rp1,尺構(gòu)成了電壓反應(yīng)回路。 R4, R5, C6構(gòu) 2二.咨 成了頻率補償網(wǎng)絡(luò)。 C7為軟啟動時間設(shè)定電容。 2.2 DC-AC電路的設(shè)計 全橋逆變電路圖如 2.2.1所示。電路采用兩個半橋驅(qū)動芯片 IR2110分別驅(qū)動全橋的兩 邊場效應(yīng)管IRF540按驅(qū)動信號SPW阪交替導(dǎo)通，輸出功率放大的 SPW醵。 可以補充一些IR2110芯片和IRF540資料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、封裝、引腳端功能 2.3 SPWM波的實現(xiàn) (1) SPWM的原理 在進行脈寬調(diào)制時，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當(dāng)正弦值為最大值 時，

17、脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔那么最小，反之，當(dāng)正弦值較小時，脈沖的寬 度也小，而脈沖間的間隔那么較大，這樣的電壓脈沖系列可以使負載電流中的高次諧波 成分大為減小，稱為正弦波脈寬調(diào)制。 (2)實現(xiàn)方法 U3990是數(shù)字化的、專為車載、太陽能、風(fēng)力、數(shù)碼發(fā)電機而設(shè)計的純粹弦波單相逆變 電源主控芯片，它不僅可以輸出高精度的 SPW還弦波脈沖序 列，還可以實現(xiàn)穩(wěn)壓、保護、 空載時自動休眠等功能， 并且具備LED指示燈驅(qū)動、蜂鳴器控制、 逆變橋控制引腳，從而可 圖 2.2.1 DC-AC 電路圖 以利用該芯片組成一個性能優(yōu)良的逆變電源系統(tǒng)。 U3990的內(nèi)部構(gòu)成主要有：正弦波發(fā)生器、 雙極性調(diào)制脈沖

18、產(chǎn)生邏輯、 50Hz 或60Hz 時基、電壓反應(yīng)/短路檢測、正弦波峰值調(diào)壓 穩(wěn)壓單元、外部擴展的保護響應(yīng)邏輯、負載檢測、過溫檢測、電池電壓測量、逆變控制、指 示燈控制、蜂鳴器控制、抗干擾自恢復(fù)單元構(gòu)成。 整個電路封裝成一個 18引腳ICDIP18, 其引腳圖如圖2.3.2所示。 BT_CKC AV_CKC LFBZLC NC匚 GNDCZ LETT r C FANC L D_PC RSCKC 圖 2.3.2 U3990 引腳圖 可以補充一些U3990芯片資料和電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)、封裝、引腳端功能 2.4真有效值轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 真有效值轉(zhuǎn)換電路采用高精度的 AD637芯片，可測量的信號有效值高達 7V

19、,精度優(yōu)于 0.5%, 3dB帶寬為8MHz可對輸入信號的電平以 dB形式表示。 可以補充一些AD637芯片資料和電路 內(nèi)部結(jié)構(gòu)、封裝、引腳端功能 其應(yīng)用電路如圖2.4.1所示。逆變電源的輸出電壓及電流經(jīng) AD637進行有效值變換后 的模擬電壓信號送 A/D轉(zhuǎn)換器AD0832由STC89C5密制AD0832進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并對轉(zhuǎn)換 結(jié)果進行運算處理。 V。為輸出電壓經(jīng)5倍分壓后的輸入。VRMS。質(zhì)為輸出電壓經(jīng)5倍分 o _ in ORMS _ OUt 壓后的真有效值電壓輸出口。最終輸出電壓真有效值可由下式?jīng)Q定。 VoRMS =VoRMS Out * 5乂 平。 241 、項為電流傳感器TA10

20、16-2對輸出電流采樣轉(zhuǎn)化為電壓后的輸入口， VioRMS_Out為輸出電 流轉(zhuǎn)換為電壓后的真有效值輸出口。最終輸出電流真有效值可由下式?jīng)Q定。 V =VioRMS_OuL2000 242 ioRMS - Rs BEE pa E ST 二 ZI0SC1 OSC2 Z V 口口 Z10UTB zi PRO! ZJOUTA UOUTG H I - 圖 2.4.1 AD637構(gòu)成的真有效值轉(zhuǎn)換電路 2.5保護電路的設(shè)計 2.5.1過流保護電路的設(shè)計 過流保護電路如圖 2.5.1所示。此電路是過流保護電路，其中 100kQ電阻用來限流， 通過比擬器LM311對電流互感器采樣轉(zhuǎn)化的電壓進行比擬， LM31

21、1的3腳接一 10kQ電位器 來調(diào)比擬基準(zhǔn)電壓， 輸出后接一 100 Q的電阻限流它與后面的 220歸的電容形成保護時間控 制。當(dāng)電流過流時比擬器輸出是高電平產(chǎn)生保護，使 SPWMT輸出，控制場效應(yīng)管關(guān)閉，等 故障消除，比擬器輸出低電平，逆變器又自動恢復(fù)工作。HH 圖 2.5.1 過流保護電路圖 2.5.2空載檢測電路的設(shè)計 空載檢測電路圖如圖 2.5.2所示。使用電流互感器檢測電流輸出， 當(dāng)沒有電流輸出時, 使三極管Q8截止，從而使RS_C叩高電平，停止輸出 SPW阪。8s后，再輸出一組 SPWM 假設(shè)仍為空載，那么繼續(xù)上述過程。假設(shè)有電流輸出，使 Q8導(dǎo)通，從而使RS_CK低電平，連續(xù) 輸

22、出SPW彼形，逆變器正常工作。 圖 2.5.2空載檢測電路圖 2.5.3浪涌短路保護電路的設(shè)計 浪涌短路保護電路原理圖如圖 2.5.3所示。此電路是短路保護電路，用 0.1 Q進行采樣 電壓，通過470kQ電阻得到電流，此電流流過光電耦合器，當(dāng)電流高于光藕內(nèi)二級管導(dǎo)通 電流時光藕輸出端導(dǎo)通， U3990的10腳變成低電平，使 SPW阪不輸出，關(guān)閉場效應(yīng)管，形 成保護，此過程非常快，當(dāng)故障排除后，光電耦合器輸出關(guān)斷，逆變器正常工作。 圖 2.5.3浪涌短路保護電路原理圖 2.5.4電流檢測電路的設(shè)計 圖2.5.4是電流檢測電路，通過電流互感器采樣輸出電流，通過一個 390 Q的電阻轉(zhuǎn) 化成電壓值

23、，在用 AD采樣進單片機，由12864液晶顯示電流。 圖 2.5.4電流檢測電路圖 2.6死區(qū)時間控制電路的設(shè)計 圖2.6.1是死區(qū)時間設(shè)置電路，通過用數(shù)字電路延時實現(xiàn)死區(qū)時間設(shè)置， 很顯明獲得死 區(qū)時間的方法是驅(qū)動信號的下降延不延時， 只延時驅(qū)動信號的上升延， 電路中采用了 74HC08 的與門邏輯電路集成芯片，為了使波形最小失真，死區(qū)時間設(shè)為 150ns,電阻選47k Q,電 容選30pF。 2.7輔助電源一的設(shè)計 圖2.7.1是輔助電源一的電路圖， 由前級12V蓄電池直接供電，采用Back電路拓撲結(jié)構(gòu) 的開關(guān)電源，使用的是MAX1776電源管理芯片，它是集成PWM生電路和場效應(yīng)管于一體的

24、 電源芯片，電路中調(diào)節(jié)電位器可調(diào)節(jié)反應(yīng)，從而控制輸出。它的效率到達 95尚合節(jié)能的要 求，最高工作頻率是 200kHz。 其中輸出電壓的計算公式為： Vo2 =匡 R 1.25 (2.7.1) R16 輸出電感的計算公式為： L (Vin (max) Vout) tonc(min) 2 7 2 I 2x 式中，toncmin為導(dǎo)通周期，單位為 S。M為輸出電流，單位為 A。 2.8輔助電源二的設(shè)計 輔助電源二的硬件電路圖如圖 2.8.1所示，采用兩節(jié)9V電池串聯(lián)后，中間抽頭作為地， 經(jīng)兩個電容濾波后可獲得土 9V電壓輸出，給 AD637供電，+9V電壓處再添加一個 7805穩(wěn)壓電 路，可獲得+

25、5V電壓輸出，給單片機以及液晶顯示器， ADC電。 +9V 2 -9V 圖 2.8.1輔助電源二的電路圖U5 BT1 -9V + C27 八二 100uF DNG vm 7805 BT2 - 9V _土 C28 LZ100uF 圖 2.7.1輔助電源一原理圖 U U O O V 2.9高頻變壓器的繞制 根據(jù)設(shè)計要求，依次根據(jù)公式計算參數(shù)。 計算峰值磁通。 B A 其中人為磁芯有效截面積， AB的單位為mT,小的單位為kWb , 了防止偏磁的現(xiàn)象發(fā)生，設(shè)計時 AB取值為0.32mT,較低于額定值。 算，的值為24.64 MWb。 計算每伏最正確匝數(shù)。 to to fs 其中to為導(dǎo)通時間，D為占

26、空比，fs為頻率。 to D 0.48 一= - 3 fs 43 10 =11.16% 。 to 11.16 = - =0.453 匝/伏 n 24.64 計算原邊繞組匝數(shù)。 、， N N p = Vsm i n V 取Vs min為10V，經(jīng)計算，Np的值為4.53,取5匝。 計算副邊繞組。 _ _ 一 一一、 V s=1.08 x (1.1 VO +V2) Vo為要求輸出電壓， V2為二極管和副邊繞組壓降。此處 Vo=51V , 計算副邊匝數(shù)。 Ns * (2.9.1) 2 Ae的單位為mm。為 2 . . Ae為77 m m ,經(jīng)計 (2.9.2) (2.9.3) (2.9.4) (2.

27、9.5) (2.9.6) (2.9.7) V2=1.2V，得 Vs 為 61.884V。 (2.9.8) 取Vs =61.884V，所以Ns的值為28.033匝，此處取28匝。 選擇導(dǎo)線尺寸和線圈布局。 初級采用0.35直徑的漆包線8線并繞5匝，次級采用0.35mm直徑的漆包線 2線并 繞28匝。 2.10低通濾波器的設(shè)計 低通濾波器原理圖如圖 2.10.1所示。低通濾波器采用一階無源 LC低通濾波器，低通 濾波器L、C的取值可由下式得到。 Q C =- RL(2 二fc) L C 為了防止磁環(huán)電感飽和， Q值取0.1，截止頻率為3.5kHz，經(jīng)計算，C的值為1.13此, 實取 0.68 此。

28、L 為 3.04mH,實取 2.36mH。 圖2.10.1 低通濾波器原理圖 3. 軟件設(shè)計 3.1 ADC0832的控制程序的設(shè)計 ADC083是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。它體積小， 兼容性強，性價比高。正常情況下ADC0832與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS CLK DO DI。但由于D砒與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的， 所以電路設(shè) 計時可以將D( DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) ADC083昧工作時其CS俞入端應(yīng)為高電平， 此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進行 A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS!能端置于低(2.

29、10.1) (2.10.2) 電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。 此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘 輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端那么使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。 在第1個時鐘 脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第 2、3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。當(dāng)此 2位數(shù)據(jù)為“ 1、 “0時，只對CH0進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“ 1、“ 1時，只對CH謎行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“ 0、“ 0時，將CH0 作為正輸入端IN+ , CH作為負輸入端IN-進行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“ 0、“ 1時，將CH0乍 為負輸入端IN- ,

30、CH1作為正輸入端IN+進行輸入。ADC083式作時序圖如圖3.1.1所示。 5 6 10 11 12 13 14 10 19 20 21 T 蜘 _ _ I I I ADC0832的應(yīng)用原理圖如圖3.1.2所示。ADC0832勺接線圖比擬簡單， 將D廊DI短接，CLK CS和D明別與STC89C52單片機的端口連接。 CHCH份別為電壓輸入通道 0和通道1 ,此 處用到通道0來測量逆變電源輸出的電壓。 U15 +5V (ADC0a32 Start +$ign I Bit SGL OM MUX . Settling Time DO - 圖 3.1.1 ADC0832工作時序圖 1 2 6 1

31、3.2液晶顯示驅(qū)動的設(shè)計 開發(fā)仿真軟件使用 Keil uVision2 , C語言編程。采用 YJD1286401 漢字圖形點陣 液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字16X16點陣、128個字符8X16 點陣)及64X256點陣顯示RAM( GDRAM顯示內(nèi)容為128列X 64行。該模塊有并行和串行 兩種連接方法，在本設(shè)計中采用并行連接方法。該局部利用 STC89C52單片機來控制液晶顯 示，顯示輸出電壓。程序流程圖如圖 3.2.1所示。 圖 3.2.1程序流程圖 4. 系統(tǒng)測試 4.1測試使用的儀器 測試儀器與使用設(shè)備如表 4.1.1所示。 表 4.1.1測試儀器與設(shè)備 序

32、號 名稱、型號、規(guī)格 數(shù)量 備注 1 TDS1012數(shù)字存儲示波器(60MHz 1.0GS/s ) 1 泰克科技(中國) 2 UT70A數(shù)字萬用表 1 優(yōu)利德 3 YB33150函數(shù)/任意波信號發(fā)生器(15MHz) 1 臺灣固緯電子 4.2指標(biāo)測試和測試結(jié)果 在測試前，先對整機進行調(diào)試， 首先把接入跳線帽， 使得系統(tǒng)進入調(diào)試狀態(tài)， 調(diào)節(jié)RP1, 使DC-DC變換器輸出電壓為 52V,然后調(diào)節(jié) 使DC-AC變換器輸出真有效值電壓為 36V。然 后取下跳線帽，在輸出端接入 1個10Q電阻，調(diào)節(jié) 使DC-AC的輸出電壓真有效值為 20V, 得到的輸出電流為2A,調(diào)節(jié)R 3使得，在輸出電流為 2A的時

33、候系統(tǒng)實現(xiàn)過流保護，此時現(xiàn) p 象為藍燈閃爍，蜂鳴器發(fā)生間斷的報警聲。然后斷開負載，接上跳線帽，把 DC-AC的輸出電 壓調(diào)到36V真有效值輸出，取下跳線帽。此時，系統(tǒng)調(diào)試完畢。 4.2.1輸出正弦波的測試 將示波器表筆接到輸出端，可以觀察到標(biāo)準(zhǔn)的 50Hz的正弦波波形，無明顯失真。其波 形圖如4.2.1所示。 4.2.2輸出功率及效率的測試 (1) 定義：即為電源把其輸入有功功率轉(zhuǎn)換為有效輸出功率的能力。 (2) 測試方法：測試方框圖如圖 4.2.2所示。 先如圖4.2.1布置好測試電路。 各路輸出電壓、電流的測量應(yīng)同時進行。 開啟所有設(shè)備，記錄輸入功率數(shù)值及各輸出電壓、電流值。 計算出輸出

34、功率值。 Po = UoIo +UoIo +。 -、.、 Pc 效率n = -X100% , R為輸入功率。 Pi (3) 測試結(jié)果與分析： 表 4.2.1效率測試結(jié)果 電壓(V) 電流(A) 功率(W) 輸入 12.14 3.86 46.9 輸出 36.2 1.206 43.6 由上表可計算得= Pout x 100%= 93% 。 Pin 4.2.3過流保護的測試 (1) 定義：當(dāng)輸出電流大于設(shè)定保護值時，系統(tǒng)自動關(guān)閉輸出，形成過流保護。當(dāng)輸出 電流低于設(shè)定保護值時，系統(tǒng)自行恢復(fù)正常工作狀態(tài)。 (2) 測試方法：測試方法如圖 4.2.3所示。在輸出端接入 3個串聯(lián)的10 Q的電阻作為負 載

35、。在系統(tǒng)正常工作之后， 短路其中一個或兩個電阻來模擬過流狀況的發(fā)生。 進行過流保護。最大負載 觀察系統(tǒng)是否 圖 4.2.2效率測試方框圖 短路導(dǎo)線 短路導(dǎo)線 短路導(dǎo)線 3測試結(jié)果與分析：開機后蜂鳴器鳴叫一聲，系統(tǒng)進入逆變工作狀態(tài)，工作指示燈亮 紅色。此時輸出電流真有效值為 1.2A，系統(tǒng)工作正常。短路其中的一個 10歐姆電阻， 此時輸出電流真有效值為 1.8A ,系統(tǒng)仍正常工作。再短路負載的任意兩個電阻，系統(tǒng)檢測 到過流信號后，在 1s左右后開始進入過流保護狀態(tài)，此時過流保護指示燈藍色閃爍， 蜂鳴器間斷性的鳴叫。取消那兩個電阻的短路狀態(tài)后，系統(tǒng)又恢復(fù)逆變工作狀態(tài)。 4.2.4空載待機功能測試

36、1定義：當(dāng)無負載接入時，系統(tǒng)關(guān)閉輸出進入待機模式。當(dāng)有負載接入時，系統(tǒng)進入正 常工作狀態(tài)。 2 測試方法：接入負載然后斷開負載，觀察系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。 3 測試結(jié)果與分析：輸出端不接入負載，開機 5s后系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，此時不進行逆 變輸出，工作指示燈狀態(tài)紅色為間斷性的閃爍。接入負載后，系統(tǒng)就開始進入逆變工作 狀態(tài)，此時工作指示燈紅色常亮。待機狀態(tài)時，每隔 0.5s,輸出一個周期的正弦波，假設(shè) 仍無輸出電流即無負載輸入，那么繼續(xù)保持待機狀態(tài)?？蛰d時的輸出波形圖如圖 4.2.4所圖 4.2.3過流保護測試框圖 圖 4.2.4空載時的輸出波形 4.2.5輸出電壓范圍的測試 (1) 定義：輸出電壓的最

37、大值與最小值。 (2) 測試方法：調(diào)節(jié)電壓反應(yīng)回路的參數(shù)，觀察輸出電壓的大小。 (3) 測試結(jié)果：接入 30 Q負載，調(diào)節(jié)R 3，輸出電壓可在 20VRMS到36VRMS之間變化。 p 4.3結(jié)果分析 經(jīng)過測試后，題目的根本要求都已完成， 各項指標(biāo)都完成的比擬好。 在輸出功率為43.6W 的情況下，效率到達了 93%同時該電源還具有短路保護，空載保護，過流保護的功能。在 所測試的工程中，電流顯示功能沒有成功，原因是AD637局部輸出與輸入不成線性比例關(guān)系， 而電流互感器輸出是正確的。而電壓顯示局部，因為 AD637的輸入信號較大(V級)，所以 輸入輸出根本成線性比例關(guān)系。在重載輸出的時候，輸出

38、波形失真較嚴重，原因是前級DC-DC 的輸出功率缺乏，又因為在效率測試的時候， 效率較高，功率器件均無發(fā)熱的現(xiàn)象，所以判 斷是變壓器的匝比低了。只要提高變壓器的匝比就可以解決。 5. 結(jié)論 該單相正弦波逆變電源的輸入為 12VDG輸出為36V/50HZ交流電。該設(shè)計根本完成了 各項要求，輸出功率大于 40W效率到達了 93%同時該電源具有短路保護，空載保護，過 流保護，過載保護的功能，增強了電源的平安性和穩(wěn)定性。 但是設(shè)計中沒有過壓保護和欠壓 保護等功能，所以在今后還要繼續(xù)研究各種保護電路的實現(xiàn)方法。測試后發(fā)現(xiàn)到，在 DC-DC 電路中，變壓器的匝比制作的稍微少了一點，假設(shè)增加副邊匝比 5匝，

39、那么可以增大輸出功率， 降低輸出正弦波的失真。該逆變電源的輸出功率和電流都較小，在以后的逆變器的制作中， 爭取能做到1000W以上的逆變電源。 參考文獻 1 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計 M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2006. 2 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽技能訓(xùn)練 M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2006. 3 康華光.電子技術(shù)根底模擬局部M.北京：高等教育出版社,2006. 4 康華光.電子技術(shù)根底數(shù)字局部M.北京：高等教育出版社,2006. 5 徐德宏.開關(guān)電源設(shè)計指南M.北京：機械工業(yè)出版社， 2004. 6 劉勝利.現(xiàn)代高頻開關(guān)電源實用技術(shù) M.北京：電子工業(yè)出

40、版社,2001. 7 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社， 2021. 附錄1使用說明 (1) 輸入端接入12V的蓄電池后，蜂鳴器短鳴一聲，假設(shè)電源未接入負載，那么系統(tǒng)會自動進 入待機狀態(tài)，此時紅色工作指示燈閃爍。 假設(shè)接入了負載，系統(tǒng)進入逆變工作狀態(tài)， 紅色指示 燈長亮。 (2) 負載不可低于10 Qo (3) 輸入電壓不可高于 18V,否那么會燒壞芯片。 附錄2主要元器件清單 附錄 2表 1主要元器件清單 序號 名稱 型號 數(shù)量 1 單片機 STC89C52 1 2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0832 1 3 真有效值轉(zhuǎn)換芯片 AD637 2 4 電源管理芯片 SG3525 1 5

41、 SPWM單片機 U3990F6 1 6 與門 74HC08 1 7 非門 74HC14 1 8 比擬器 LM311 1 9 場效應(yīng)管驅(qū)動芯片 IR2110 2 10 光電耦合命 一 TLP521 1 11 整流橋 DB107G 2 12 電源管理 MAX1776 1 13 場效應(yīng)管 IRF540 4 14 場效應(yīng)管 IRF3205 2 15 三極管 9014 1 16 三極管 8050 1 17 二極管 1N4007 2 18 二極管 1N4148 1 19 二極管 HER107 3 20 電解電容 47uF/100V 10 21 CBB電容 0.1成 22 22 電解電容 10歸 2 23

42、 CBB電容 0.01 或 4 24 瓷片電容 33pF 4 25 CBB電容 0.22 或 1 26 電解電容 47 此/25V 1 27 電解電容 220 或/25V 1 28 CBB電容 0.001 此 1 29 CBB電容 0.68 或 2 30 CBB電容 2.2/680V 1 31 電解電容 220 或/10V 1 32 電解電容 4.7成 1 33 瓷片電容 20 pF 2 34 瓷片電容 30 pF 2 35 晶振 20M 1 36 晶振 11.05926MHz 1 37 發(fā)光二極管 紅色 1 38 發(fā)光二極管 籃色 1 39 電流互感器 TA1016 2 2 40 電感 2.

43、3 m H 2 41 電感 10B 1 42 電感 90由 1 43 蜂鳴器 / 1 44 電阻 10Q 8 45 電阻 100Q 4 46 電阻 150Q 2 47 電阻 200 Q 1 48 電阻 0.1 Q/3W 1 49 電阻 1kQ 7 50 電阻 4.7 k Q 4 51 電阻 10 kQ 8 52 電阻 15 kQ 2 53 電阻 20 kQ 4 54 電阻 36 kQ 1 55 電阻 2.2 k Q 2 56 電阻 100 k Q 6 57 電阻 100 kQ/1W 2 58 電阻 47 kQ 4 59 電阻 2M Q 1 60 精密電位器 500 k Q 2 61 精密電位器

44、 20 kQ 1 62 精密電位器 10 kQ 1 附錄3電路原理圖及印制板圖 附錄 3圖 1 DC-DC電路原理圖6 62 2c c Q Qk kn na a5 5 早R R 5 5n n5 53 3F FD Dn n 2 2U U1 1 2Q nu D 01 21 31 51 - 9 B tuptuO t ra ts-tfbS A tuptu O e grah cst D 0OrGsnep m o C m w o d tu h S/ cny S / ccV tupt u O. CS O 1fer V U 伊 tupn I.v n I 1 7 r R 3 - I - tupn I .vnin

45、o N 1 4 1OV If - 附錄 3圖 3 DC-DC電路印制板圖底層圖 31 R2 ut C7 CZD I - 盹 以匚Zl RL、 =CL JL R9 Sl- C5 R+ AlO ns i 卜 Cd 2 mm 1 11212L LJ J 1 1 2 2 附錄 3圖 2 DC-DC電路印制板圖元件布局圖 附錄 3圖 4 DC-AC電路原理圖 32 0守 附錄 3圖 6 DC-AC電路印制板圖頂層圖 33 附錄 3圖 5 DC-AC電路印制板圖元件布局圖 附錄 3圖 8 DC-AC電路控制板印制板圖元件布局圖 34 附錄 3圖 7 DC-AC電路印制板圖底層圖 SP C33 CED CD

46、 卜 J13 R55 1眩 1029 CZ)g J14 U1J 0： 35 附錄 3圖 9 DC-AC控制板印制板圖頂層圖 附錄 3圖 10 DC-AC電路控制板印制板圖底層圖*E*M* * F K*1 36 Vo Vi +9V U5 -BT1 9V + C27 100uF Vin Vout N G 7805 BT2 - 9V + C28 100uF M-9V +9V 0 3 +5V 一一C29 104 C30 in - 334 C32 334 in 0- CS +Vs Vin Buff out Buff in NC Common Den input Output offset Rms out

47、 dB output Cav NC -Vs U3 11 5 AD637 12 VoRMSOut -9V C31 10uF +9V J CS +Vs Vin Buff out Buff in NC Common Den input Output offset Rms out dB output Cav NC -Vs U4 :14 0 _ - 0. _ :8_ ?無-9V +一 VioRMS_Out 曲33 10uF AD637 附錄 3圖 11真有效值轉(zhuǎn)換電路原理圖 37 附錄 3圖 12真有效值轉(zhuǎn)換電路印制板元件布局圖 附錄 3圖 13真有效值轉(zhuǎn)換電路印制板底層圖Otf HHfl 38 附錄

48、3圖 14單片機及外圍電路原理圖 十 k C C V C C V D E L 5 P 4 P 3 P 2 P 1 P 0 P M - D E L NJ T S C S C 7 B D 6 B D 5 B D 4 B D 3 B D 2 B D 1 B D 0 B D E W R S R O C V 1 0 9 8 7 1 1 4 1 1 1 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 4 41 1U U DCL 4 48 82 21 1 0 P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 P 0 P 1 P 5 C 9 C S 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 P D X R D

49、 X F L A N E S P 0 P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 P 1 T N 0 T N 1 T 0 T Q_ W 山 1 X 2 X TS ER ID W c i 11 1 2 3 4 5 6 7 8 3 1 2 1 5 1 4 1 1 3 9 1 8 1 9 7 1 6 1 0 1 P 1 1 P 2 1 P 3 1 P 4 1 P 5 1 P 6 1 P 7 1 P 3 3 P 2 3 P 5 3 P 4 3 P C C V 1 X 2 X T E R 7 P 6 P 3 31 1 U U NANA O1PO1P 11P11P V5+V5+ N O C 2

50、 4 6 8 III 5 1 U 1 3 5 7 2 3 4 5 N H N : J T I I 1H1H c c on on 卜OHOH c c c c 2NOC2NOC Qko1Qko1 5PR 7B D 6B D6B D 5B D5B D 4B D 3B D 2B D 1B D1B D 1 P P E L A N S P 1 1 0 3 9 2 c 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 P 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 2 8 2 6 1 5 1 4 1 3 2 1 .1 1 L0 1 9 ) i 1 1 0 P 9 3 2 1 P 8 3 3 2 P 7 4 3

51、 P 6 3 5 4 P 5 3 6 5 P 4 3 7 6 P 3 3 _ 00 00 Z qLZ qL (NS(NS 6PR6PR Qk5Qk5 93 80 c D A93 80 c D A 92J92J V5 +V5 + o 3P O1o 3P O1 o 9P 12o 9P 12 Qko1Qko1 mRmR 39 J22 J21 m U14 2200 1 X2 lTl c(san n Rp6 rr C62 o nsL R56 附錄 3圖 15單片機及外圍電路印制板元件布局圖 附錄 3圖 16單片機及外圍電路印制板底層圖 40 附錄4程序清單 文件名：ad12864.C 功 能：完成對輸出

52、電壓及電流的采樣，并計算出功率，同時在液晶上顯示頻率、電壓、電 流及功率的大小。 最后修改時間：2021年8月15日 #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define _Nop() _nop_() #define nop() _nop_() / - sbit ADC0832_DIO = P1A0; /*定義 ADC 控制端口 */ sbit ADC0832_CLK = PSI； sbit ADC0832_CS = PS2; / - sbit RS = P2A2; sbit RW = P

53、2A3; sbit E = P3A2; sbit PSB= P3A3; sbit RST= P3A5; sbit busy=P0A7; /H=data; L=command; /* 定義 LCD12864 控制端口 */ /H=read; L=write; /input enable; /舊=并 口 ； L=串口 ; /Reset Signal低電平有效 /lcd busy bit #define lcd_data_port P0 /*以下是LCD12864驅(qū)動程序*/ void lcd_delay(uchar ms) /*LCD12864 延時 */ ( uchar j; while(ms-

54、) ( for(j=0;j=8)|(y_pos=4) ) return; /*X 位置超出顯示范圍退出 */ if(y_pos=0) xy_pos = 0 x80 + x_pos; else if(y_pos=1) xy_pos = 0 x90 + x_pos; /* 計算轉(zhuǎn)換地址 */ else if(y_pos=2) xy_pos = 0 x88 + x_pos; else if(y_pos=3) xy_pos = 0 x98 + x_pos; lcd_command_write(xy_pos); /*命令字寫入 */ lcd_busy_wait(); RS = 1; RW = 0; lc

55、d_data_port = lcd_dat; E= 1; _Nop(); _Nop(); 42 E=0; lcd_data_port = 0 xff; /* 釋放數(shù)據(jù)端 口 */ void lcd_char_write1(uchar x_pos,y_pos,lcd_datH,lcd_datL) /*LCD12864 漢字寫入 */ ( ucharxy_pos; if(x_pos=8)|(y_pos=4) ) return; /*X 位置超出顯示范圍退出 */ if(y_pos=0) xy_pos = 0 x80 + x_pos; else if(y_pos=1) xy_pos = 0 x90

56、+ x_pos; /* 計算轉(zhuǎn)換地址 */ else if(y_pos=2) xy_pos = 0 x88 + x_pos; else if(y_pos=3) xy_pos = 0 x98 + x_pos; lcd_command_write(xy_pos); lcd_busy_wait(); RS = 1; RW = 0; lcd_data_port = lcd_datH; E= 1; _Nop(); _Nop(); E=0; lcd_data_port = 0 xff; /* 釋放數(shù)據(jù)端 口 */ lcd_busy_wait(); RS = 1; RW = 0; lcd_data_port

57、 = lcd_datL; E= 1; _Nop(); _Nop(); E=0; lcd_data_port = 0 xff; /* 釋放數(shù)據(jù)端 口 */ /*以下是ADC0832驅(qū)動程序*/ uchar ADC0832_Read(uchar ch) ( /*讀取ADC的CH通道電壓值，ADC作為2路單獨電壓輸入*/ uchar i; uchar ADC_buff=0; ADC0832_CS = 1; ADC0832_DIO = 1; /* 啟動位 */ ADC0832_CLK = 0; ADC0832_CS = 0; nop()； ADC0832_CLK = 1; nop()； ADC0832

58、_CLK = 0; ADC0832_DIO = 1; /* 送 SGL/DIF 位 */ 43 nop(); ADC0832_CLK = 1; nop(); ADC0832_CLK = 0; if(ch=0) ADC0832_DIO = 0; /* 送轉(zhuǎn)換通道值 */ else ADC0832_DIO = 1; ADC0832_CLK = 1; nop(); ADC0832_CLK = 0; nop(); ADC0832_DIO = 1; /* 釋放 DIO 端口，轉(zhuǎn)由 ADC 控制*/ for(i=0;i8;i+) nop(); ADC0832_CLK = 0; nop(); ADC0832_CLK = 1; nop(); if(ADC0832_DIO=1) ADC_buff=ADC_buff+1; /* 讀取 8