單相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)說(shuō)明

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(jì)，以12V蓄電池作為輸入，輸出為36V、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(jí)變換，在控制電路上，前級(jí)推挽升壓電路采用SG3525芯片控制，閉環(huán)反饋；逆變部分采用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110進(jìn)行全橋逆變，采用U3990F6完成SPWM的調(diào)制，后級(jí)輸出采用電流互感器進(jìn)行采樣反饋，形成雙重反饋環(huán)節(jié)，增加了電源的穩(wěn)定性；在保護(hù)上，具有輸出過(guò)載、短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、空載保護(hù)等多重保護(hù)功能電路，增強(qiáng)了該電源的可靠性和安全性；輸出交流電壓通過(guò)AD637的真有效值轉(zhuǎn)換后，再由STC89C52單片機(jī)的控制進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最終將電壓值

2、顯示到液晶12864上，形成了良好的人機(jī)界面。該電源很好的完成了各項(xiàng)指標(biāo)，輸入功率為46.9W，輸出功率為43.6W，效率達(dá)到了93%，輸出標(biāo)準(zhǔn)的50Hz正弦波。關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗嗾也孀?DC-DC DC-AC SPWMAbstract: 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 and two full-b

3、ridge 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 output sampling feed

4、back. The feedback link in the formation of a double and increase the stability of power.In protection, with output overload, short circuit protection, overcurrent protection, the protection of multiple no-load protection circuit, which enhancing the reliability of the power supply and safety.AC vol

5、tage 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 indicators, input p

6、ower to 46.9W, output power of 43.6W, the efficiency reached 93%, 50Hz sine wave output standards.Key words: Single-phase sine wave inverterDC-DCDC-ACSPWM目錄1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)41.1設(shè)計(jì)要求41.2總體設(shè)計(jì)方案41.2.1設(shè)計(jì)思路41.2.2方案論證與比較51.2.3系統(tǒng)組成82.主要單元硬件電路設(shè)計(jì)92.1DC-DC變換器控制電路的設(shè)計(jì) 92.2DC-AC電路的設(shè)計(jì)102.3 SPWM波的實(shí)現(xiàn) 102.4 真有效值轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)112.5 保護(hù)

7、電路的設(shè)計(jì)12 2.5.1 過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 12 2.5.2 空載保護(hù)電路的設(shè)計(jì)13 2.5.3 浪涌短路保護(hù)電路的設(shè)計(jì)14 2.5.4 電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)152.6 死區(qū)時(shí)間控制電路的設(shè)計(jì)152.7 輔助電源一的設(shè)計(jì)152.8 輔助電源二的設(shè)計(jì)152.9 高頻變壓器的繞制172.10 低通濾波器的設(shè)計(jì)183.軟件設(shè)計(jì)183.1 AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)183.2液晶顯示電路的設(shè)計(jì) 194.系統(tǒng)測(cè)試204.1測(cè)試使用的儀器204.2指標(biāo)測(cè)試和測(cè)試結(jié)果214.3結(jié)果分析245.結(jié)論25參考文獻(xiàn)25附錄1 使用說(shuō)明25附錄2 主要元器件清單25附錄3 電路原理圖與印制板圖28附錄4 程序清單391.

8、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)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(shí)輸出功率大于100W，效率不小于80%，具備過(guò)流保護(hù)和負(fù)載短路保護(hù)等功能。1.2總體設(shè)計(jì)方案1.2.1設(shè)計(jì)思路題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)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(jì)中主電路采用電氣隔離、DC-DC-AC的技術(shù)，控制部分采用SPWM（正弦脈寬調(diào)制）技術(shù)，利用對(duì)逆變?cè)娏OSFET的驅(qū)動(dòng)脈沖控制，使輸出獲得交流正弦波的穩(wěn)壓電源。1.2.2方案論證與比較 DC-DC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(wú)輸出變壓器

9、（有OTL、OCL等）。是兩個(gè)參數(shù)一樣的功率BJT 管或MOSFET管，以推挽方式存在于電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù)。電路工作時(shí)，兩只對(duì)稱的功率開(kāi)關(guān)管每次只有一個(gè)導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小效率高。推挽輸出既可以向負(fù)載灌電流，也可以從負(fù)載抽取電流。推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖如圖1.2.1所示。圖1.2.1 推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖方案二：Boost升壓式DC-DC變換器。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1.2.2 所示。開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷受外部PWM信號(hào)控制，電感L將交替地存儲(chǔ)和釋放能量，電感儲(chǔ)能后使電壓泵升，而電容可將輸出電壓保持平穩(wěn)，通過(guò)改變PWM控制信號(hào)的占空比可以相應(yīng)實(shí)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

10、為簡(jiǎn)單，損耗較小，效率較高。圖1.2.2 Boost電路方案比較：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(hào)的占空比較低，會(huì)使得Boost升壓式DC-DC變化器的損耗比較大。所以采用方案一。（2）DC-AC變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(dòng)電壓的輪流開(kāi)關(guān)作用下,半橋電路兩只晶體管交替導(dǎo)通和截止,它們?cè)谧儔浩鱐原邊產(chǎn)生高壓開(kāi)關(guān)脈沖,從而在副邊感應(yīng)出交變的方波脈沖,實(shí)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

11、橋電路只在500W或更低輸出功率場(chǎng)合下使用，同時(shí)它具有抗不平衡能力，從而得到廣泛應(yīng)用。半橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖如圖1.2.3所示。圖1.2.3 半橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖方案二：全橋DC-AC變換器。全橋電路中互為對(duì)角的兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，而同一側(cè)半橋上下兩開(kāi)關(guān)交替導(dǎo)通，將直流電壓成幅值為的交流電壓，加在變壓器一次側(cè)。改變開(kāi)關(guān)的占空比，也就改變了輸出電壓。全橋式電路如圖1.2.4所示。圖1.2.4 全橋式電路方案比較：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(gè)開(kāi)關(guān)管，全橋需要四個(gè)開(kāi)關(guān)管。半橋和全橋的開(kāi)關(guān)管的耐壓都為,而半橋輸出的電壓峰值是，全橋輸出電壓的峰值是，所以在

12、獲得同樣的輸出電壓的時(shí)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(diǎn)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-DC變換器。方案比較：方案一的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)在于效率高達(dá)90%，缺點(diǎn)是需要的元器件多，且成本較高。由于輔助電源一會(huì)影響到整個(gè)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)化器以與ADC對(duì)電流進(jìn)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(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換后，由ADC0832進(jìn)行讀數(shù)，

13、 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。輸出電壓反饋采用調(diào)節(jié)SPWM信號(hào)脈寬的方式。該系統(tǒng)采用兩組相互隔離的輔助電源供電，一組供給SPWM信號(hào)控制器使用，另外一組供給輸出電壓、電流測(cè)量電路使用，這樣避免了交流輸出的浮地和蓄電池的地不能共地問(wèn)題。因?yàn)镾PWM控制器輸出的SPWM信號(hào)不含死區(qū)時(shí)間，所以增加了死區(qū)時(shí)間控制電路和逆變橋驅(qū)動(dòng)電路?？蛰d檢測(cè)電路使得當(dāng)沒(méi)有負(fù)載接入時(shí)，讓系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式，當(dāng)有負(fù)載接入時(shí)，才進(jìn)行逆變工作模式。同時(shí)，空載檢測(cè)電路也作為過(guò)流保護(hù)的采樣點(diǎn)。輸出

14、電流檢測(cè)使用電流互感器和真有效值轉(zhuǎn)換芯片AD637實(shí)現(xiàn)。輸出電壓也使用AD637進(jìn)行RMS-DC轉(zhuǎn)換后，由ADC采樣后分析，在液晶屏幕上顯示。圖1.2.7 系統(tǒng)組成圖2. 單元硬件電路設(shè)計(jì)2.1 DC-DC變換器控制電路的設(shè)計(jì)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)制器是按照接反饋電流來(lái)調(diào)節(jié)脈寬的?？梢匝a(bǔ)充一些SG3525芯片資料（部結(jié)構(gòu)、封裝、引腳端功能）在脈寬比較器的輸入端直接用流過(guò)輸出電感線圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)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，

15、無(wú)論開(kāi)關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。和設(shè)定了PWM芯片的工作頻率，計(jì)算公式為。為死區(qū)時(shí)間編程電阻。,構(gòu)成了電壓反饋回路。,構(gòu)成了頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。為軟啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定電容。圖2.1.1 DC-DC變換器控制電路圖2.2 DC-AC電路的設(shè)計(jì)全橋逆變電路圖如2.2.1所示。電路采用兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)芯片IR2110分別驅(qū)動(dòng)全橋的兩邊場(chǎng)效應(yīng)管IRF540按驅(qū)動(dòng)信號(hào)SPWM波交替導(dǎo)通，輸出功率放大的SPWM波?？梢匝a(bǔ)充一些IR2110芯片和IRF540資料（部結(jié)構(gòu)、封裝、引腳端功能）圖2.2.1 DC-AC電路圖2.3 SPWM波的實(shí)現(xiàn)（1）SPWM波的原理在進(jìn)

16、行脈寬調(diào)制時(shí)，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來(lái)安排。當(dāng)正弦值為最大值時(shí)，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則最小，反之，當(dāng)正弦值較小時(shí)，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，這樣的電壓脈沖系列可以使負(fù)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。圖2.3.1 與正弦波等效的矩形脈沖序列波形（2）實(shí)現(xiàn)方法U3990是數(shù)字化的、專為車載、太陽(yáng)能、風(fēng)力、數(shù)碼發(fā)電機(jī)而設(shè)計(jì)的純正弦波單相逆變電源主控芯片，它不僅可以輸出高精度的SPWM正弦波脈沖序列，還可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、保護(hù)、空載時(shí)自動(dòng)休眠等功能，并且具備LED指示燈驅(qū)動(dòng)、蜂鳴器控制、逆變橋控制引腳，從而可以利用該芯片組成一個(gè)性能優(yōu)良的逆變電源系統(tǒng)。U39

17、90 的部構(gòu)成主要有：正弦波發(fā)生器、雙極性調(diào)制脈沖產(chǎn)生邏輯、50Hz（或 60Hz）時(shí)基、電壓反饋 / 短路檢測(cè)、正弦波峰值調(diào)壓穩(wěn)壓?jiǎn)卧?、外部擴(kuò)展的保護(hù)響應(yīng)邏輯、負(fù)載檢測(cè)、過(guò)溫檢測(cè)、電池電壓測(cè)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(gè)電路封裝成一個(gè)18引腳IC（DIP18），其引腳圖如圖2.3.2所示。圖2.3.2 U3990引腳圖可以補(bǔ)充一些U3990芯片資料和電路（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(jì)真有效值轉(zhuǎn)換電路采用高精度的AD637芯片，可測(cè)量的信號(hào)有效值高達(dá)7V，精度優(yōu)于0.5%，3dB帶寬為8MHz，可對(duì)輸入信號(hào)的電平以dB形式表示?？梢?/p>

18、補(bǔ)充一些AD637芯片資料和電路（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與電流經(jīng)AD637進(jìn)行有效值變換后的模擬電壓信號(hào)送A/D轉(zhuǎn)換器AD0832，由STC89C52控制AD0832進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理。為輸出電壓經(jīng) 5倍分壓后的輸入。為輸出電壓經(jīng)5倍分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。 （2.4.1）為電流傳感器TA1016-2對(duì)輸出電流采樣轉(zhuǎn)化為電壓后的輸入口，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。 （2.4.2）圖2.4.1 AD637構(gòu)成的真有效值轉(zhuǎn)換電路2.5 保護(hù)電

19、路的設(shè)計(jì)2.5.1過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)過(guò)流保護(hù)電路如圖2.5.1所示。此電路是過(guò)流保護(hù)電路，其中100k電阻用來(lái)限流，通過(guò)比較器LM311對(duì)電流互感器采樣轉(zhuǎn)化的電壓進(jìn)行比較，LM311的3腳接一10k電位器來(lái)調(diào)比較基準(zhǔn)電壓，輸出后接一100的電阻限流它與后面的220F的電容形成保護(hù)時(shí)間控制。當(dāng)電流過(guò)流時(shí)比較器輸出是高電平產(chǎn)生保護(hù)，使SPWM不輸出，控制場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉，等故障消除，比較器輸出低電平，逆變器又自動(dòng)恢復(fù)工作。圖2.5.1 過(guò)流保護(hù)電路圖2.5.2空載檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)空載檢測(cè)電路圖如圖2.5.2所示。使用電流互感器檢測(cè)電流輸出，當(dāng)沒(méi)有電流輸出時(shí)，使三極管截止 ，從而使RS_CK為高電平，停止

20、輸出SPWM波。8s后，再輸出一組SPWM，若仍為空載，則繼續(xù)上述過(guò)程。若有電流輸出，使導(dǎo)通，從而使RS_CK為低電平，連續(xù)輸出SPWM波形，逆變器正常工作。圖2.5.2 空載檢測(cè)電路圖2.5.3浪涌短路保護(hù)電路的設(shè)計(jì)浪涌短路保護(hù)電路原理圖如圖2.5.3所示。此電路是短路保護(hù)電路，用0.1進(jìn)行采樣電壓，通過(guò)470k電阻得到電流，此電流流過(guò)光電耦合器，當(dāng)電流高于光藕二級(jí)管導(dǎo)通電流時(shí)光藕輸出端導(dǎo)通，U3990的10腳變成低電平，使SPWM波不輸出，關(guān)閉場(chǎng)效應(yīng)管，形成保護(hù)，此過(guò)程非?？?，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(hù)電路原理圖2.5.4電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

21、圖2.5.4是電流檢測(cè)電路，通過(guò)電流互感器采樣輸出電流，通過(guò)一個(gè)390的電阻轉(zhuǎn)化成電壓值，在用AD采樣進(jìn)單片機(jī),由12864液晶顯示電流。圖2.5.4 電流檢測(cè)電路圖2.6 死區(qū)時(shí)間控制電路的設(shè)計(jì)圖2.6.1是死區(qū)時(shí)間設(shè)置電路，通過(guò)用數(shù)字電路延時(shí)實(shí)現(xiàn)死區(qū)時(shí)間設(shè)置，很顯明獲得死區(qū)時(shí)間的方法是驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下降延不延時(shí)，只延時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(shí)間設(shè)為150ns，電阻選47k，電容選30pF。圖2.6.1 死區(qū)時(shí)間控制電路圖2.7輔助電源一的設(shè)計(jì)圖2.7.1是輔助電源一的電路圖，由前級(jí)12V蓄電池直接供電，采用Back電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

22、的開(kāi)關(guān)電源，使用的是MAX1776電源管理芯片，它是集成PWM產(chǎn)生電路和場(chǎng)效應(yīng)管于一體的電源芯片，電路中調(diào)節(jié)電位器可調(diào)節(jié)反饋，從而控制輸出。它的效率達(dá)到95%符合節(jié)能的要求，最高工作頻率是200kHz。其中輸出電壓的計(jì)算公式為： (2.7.1)輸出電感的計(jì)算公式為： (2.7.2)式中，為導(dǎo)通周期，單位為s。為輸出電流，單位為A。圖2.7.1 輔助電源一原理圖2.8 輔助電源二的設(shè)計(jì)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(gè)電容濾波后可獲得9V電壓輸出，給AD637供電，+9V電壓處再添加一個(gè)7805穩(wěn)壓電路，可獲得+5V電壓輸出，給單片機(jī)以與液晶

23、顯示器，ADC供電。圖2.8.1 輔助電源二的電路圖2.9 高頻變壓器的繞制根據(jù)設(shè)計(jì)要求，依次根據(jù)公式計(jì)算參數(shù)。計(jì)算峰值磁通。 (2.9.1)其中為磁芯有效截面積，的單位為mT，的單位為，的單位為。為了避免偏磁的現(xiàn)象發(fā)生，設(shè)計(jì)時(shí)取值為0.32mT，較低于額定值。為77，經(jīng)計(jì)算，的值為24.64。計(jì)算每伏最佳匝數(shù)。 (2.9.2) (2.9.3) 其中為導(dǎo)通時(shí)間，D為占空比，為頻率。=11.16。 （2.9.4）=0.453匝/伏 （2.9.5）計(jì)算原邊繞組匝數(shù)。 (2.9.6)取為10V，經(jīng)計(jì)算，的值為4.53，取5匝。計(jì)算副邊繞組。 V=1.08(1.1 (2.9.7)為要求輸出電壓，為二極

24、管和副邊繞組壓降。此處=51V，=1.2V，得為61.884V。計(jì)算副邊匝數(shù)。 (2.9.8)取=61.884V，所以的值為28.033匝，此處取28匝。選擇導(dǎo)線尺寸和線圈布局。初級(jí)采用0.35直徑的漆包線8線并繞5匝，次級(jí)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(jì)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(wú)源LC低通濾波器，低通濾波器L、C的取值可由下式得到。(2.10.1)(2.10.2)為了避免磁環(huán)電感飽和，Q值取0.1，截止頻率為3.5kHz，經(jīng)計(jì)算，C的值為1.13F，實(shí)取0.68F。L為3.04mH，實(shí)取2.36mH。圖2.10.1 低通濾

25、波器原理圖3. 軟件設(shè)計(jì)3.1 ADC0832的控制程序的設(shè)計(jì)ADC0832是美國(guó)國(guó)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(qiáng)，性價(jià)比高。正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)

26、鐘輸入端CLK 輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第2、3個(gè)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(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。ADC0832工作時(shí)序圖如圖3.1.1所示。圖3.1.1 ADC0832工作時(shí)序圖 ADC08

27、32的應(yīng)用原理圖如圖3.1.2所示。ADC0832的接線圖比較簡(jiǎn)單，將D0和DI短接，CLK，和D0分別與STC89C52 單片機(jī)的端口連接。CH0和CH1分別為電壓輸入通道0和通道1，此處用到通道0來(lái)測(cè)量逆變電源輸出的電壓。圖3.1.2 ADC0832應(yīng)用原理圖3.2 液晶顯示驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)仿真軟件使用Keil uVision2，C語(yǔ)言編程。采用YJD12864C1（漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊），可顯示漢字與圖形，置8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）與64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM），顯示容為128列64行。該模塊有并行和串行兩種連接方法，在本設(shè)計(jì)中采用

28、并行連接方法。該部分利用STC89C52單片機(jī)來(lái)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(cè)試4.1 測(cè)試使用的儀器測(cè)試儀器與使用設(shè)備如表4.1.1所示。表4.1.1 測(cè)試儀器與設(shè)備序號(hào)名稱、型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注1TDS1012數(shù)字存儲(chǔ)示波器（60MHz、1.0GS/s）1泰克科技（中國(guó)）2UT70A數(shù)字萬(wàn)用表1優(yōu)利德3YB33150函數(shù)/任意波信號(hào)發(fā)生器（15MHz）1固緯電子4.2 指標(biāo)測(cè)試和測(cè)試結(jié)果在測(cè)試前，先對(duì)整機(jī)進(jìn)行調(diào)試，首先把接入跳線帽，使得系統(tǒng)進(jìn)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

29、出真有效值電壓為36V。然后取下跳線帽，在輸出端接入1個(gè)10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)使得，在輸出電流為2A的時(shí)候系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)，此時(shí)現(xiàn)象為藍(lán)燈閃爍，蜂鳴器發(fā)生間斷的報(bào)警聲。然后斷開(kāi)負(fù)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(shí)，系統(tǒng)調(diào)試完畢。4.2.1 輸出正弦波的測(cè)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(wú)明顯失真。其波形圖如4.2.1所示。圖4.2.1 50Hz正弦波波形圖4.2.2輸出功率與效率的測(cè)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(cè)試方法

30、：測(cè)試方框圖如圖4.2.2所示。圖4.2.2 效率測(cè)試方框圖 先如圖4.2.1布置好測(cè)試電路。 各路輸出電壓、電流的測(cè)量應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。 開(kāi)啟所有設(shè)備，記錄輸入功率數(shù)值與各輸出電壓、電流值。 計(jì)算出輸出功率值。 效率，為輸入功率。（3）測(cè)試結(jié)果與分析：表4.2.1 效率測(cè)試結(jié)果電壓（V）電流(A)功率(W)輸入12.143.8646.9輸出36.21.20643.6由上表可計(jì)算得。4.2.3 過(guò)流保護(hù)的測(cè)試（1） 定義：當(dāng)輸出電流大于設(shè)定保護(hù)值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉輸出，形成過(guò)流保護(hù)。當(dāng)輸出 電流低于設(shè)定保護(hù)值時(shí)，系統(tǒng)自行恢復(fù)正常工作狀態(tài)。（2）測(cè)試方法：測(cè)試方法如圖4.2.3所示。在輸出端接入3個(gè)串聯(lián)

31、的10的電阻作為負(fù)載。在系統(tǒng)正常工作之后，短路其中一個(gè)或兩個(gè)電阻來(lái)模擬過(guò)流狀況的發(fā)生。觀察系統(tǒng)是否進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。圖4.2.3 過(guò)流保護(hù)測(cè)試框圖（3）測(cè)試結(jié)果與分析：開(kāi)機(jī)后蜂鳴器鳴叫一聲，系統(tǒng)進(jìn)入逆變工作狀態(tài)，工作指示燈亮（紅色）。此時(shí)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(gè)10歐姆電阻，此時(shí)輸出電流真有效值為1.8A，系統(tǒng)仍正常工作。再短路負(fù)載的任意兩個(gè)電阻，系統(tǒng)檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)后，在1s左右后開(kāi)始進(jìn)入過(guò)流保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)過(guò)流保護(hù)指示燈（藍(lán)色）閃爍，蜂鳴器間斷性的鳴叫。取消那兩個(gè)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(jī)功能測(cè)試（1）定義：當(dāng)無(wú)負(fù)載接入時(shí)，系統(tǒng)關(guān)

32、閉輸出進(jìn)入待機(jī)模式。當(dāng)有負(fù)載接入時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。（2）測(cè)試方法：接入負(fù)載然后斷開(kāi)負(fù)載，觀察系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。（3）測(cè)試結(jié)果與分析：輸出端不接入負(fù)載，開(kāi)機(jī)5s后系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)不進(jìn)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(fù)載后，系統(tǒng)就開(kāi)始進(jìn)入逆變工作狀態(tài)，此時(shí)工作指示燈（紅色）常亮。待機(jī)狀態(tài)時(shí)，每隔0.5s,輸出一個(gè)周期的正弦波，若仍無(wú)輸出電流（即無(wú)負(fù)載輸入），則繼續(xù)保持待機(jī)狀態(tài)。空載時(shí)的輸出波形圖如圖4.2.4所示。圖4.2.4 空載時(shí)的輸出波形4.2.5 輸出電壓圍的測(cè)試（1）定義：輸出電壓的最大值與最小值。（2）測(cè)試方法：調(diào)節(jié)電壓反饋回路的參數(shù)，觀察輸出電壓的大

33、小。（3）測(cè)試結(jié)果：接入30負(fù)載，調(diào)節(jié)，輸出電壓可在20到36之間變化。4.3 結(jié)果分析經(jīng)過(guò)測(cè)試后，題目的基本要求都已完成，各項(xiàng)指標(biāo)都完成的比較好。在輸出功率為43.6W的情況下，效率達(dá)到了93%。同時(shí)該電源還具有短路保護(hù)，空載保護(hù)，過(guò)流保護(hù)的功能。在所測(cè)試的項(xiàng)目中，電流顯示功能沒(méi)有成功，原因是AD637部分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。而電壓顯示部分，因?yàn)锳D637的輸入信號(hào)較大（V級(jí)），所以輸入輸出基本成線性比例關(guān)系。在重載輸出的時(shí)候，輸出波形失真較嚴(yán)重，原因是前級(jí)DC-DC的輸出功率不足，又因?yàn)樵谛蕼y(cè)試的時(shí)候，效率較高，功率器件均無(wú)發(fā)熱的現(xiàn)象，所以判斷是變壓器的

34、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12VDC，輸出為36V/50Hz交流電。該設(shè)計(jì)基本完成了各項(xiàng)要求，輸出功率大于40W，效率達(dá)到了93%。同時(shí)該電源具有短路保護(hù)，空載保護(hù)，過(guò)流保護(hù)，過(guò)載保護(hù)的功能，增強(qiáng)了電源的安全性和穩(wěn)定性。但是設(shè)計(jì)中沒(méi)有過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)等功能，所以在今后還要繼續(xù)研究各種保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法。測(cè)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(diǎn)，若增加副邊匝比5匝，則可以增大輸出功率，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(zhēng)取能做到1000W以上的逆變電源。參考文獻(xiàn)1 黃智

35、偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.:航空航天大學(xué),2006.2 黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽技能訓(xùn)練M.:航空航天大學(xué),2006.3 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分M.:高等教育,2006.4 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分M.:高等教育,2006.5徐德宏.開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)指南M.：機(jī)械工業(yè)，2004.6 勝利.現(xiàn)代高頻開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù)M.:電子工業(yè),2001. 7 王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)M.：機(jī)械工業(yè)，2008.附錄1 使用說(shuō)明（1）輸入端接入12V的蓄電池后，蜂鳴器短鳴一聲，若電源未接入負(fù)載，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)紅色工作指示燈閃爍。若接入了負(fù)載，系統(tǒng)進(jìn)入逆變工作狀態(tài)，紅色指示

36、燈長(zhǎng)亮。（2）負(fù)載不可低于10。（3）輸入電壓不可高于18V，否則會(huì)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(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1單片機(jī)STC89C5212模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC083213真有效值轉(zhuǎn)換芯片AD63724電源管理芯片SG352515SPWM單片機(jī)U3990F616與門74HC0817非門74HC1418比較器LM31119場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)芯片IR2110210光電藕合器TLP521111整流橋DB107G212電源管理MAX1776113場(chǎng)效應(yīng)管IRF540414場(chǎng)效應(yīng)管IRF3205215三極管9014116三極管8050117二極管1N4007218二極管1N41481

37、19二極管HER107320電解電容47uF/100V1021CBB電容0.1F2222電解電容10F223CBB電容0.01F424瓷片電容33pF425CBB電容0.22F126電解電容47F/25V127電解電容220F/25V128CBB電容0.001F129CBB電容0.68F230CBB電容2.2F/680V131電解電容220F/10V132電解電容4.7F133瓷片電容20 pF234瓷片電容30 pF235晶振20M136晶振11.05926MHz137發(fā)光二極管紅色138發(fā)光二極管籃色139電流互感器TA10162240電感2.3H241電感10H142電感90H143蜂鳴

38、器/144電阻10845電阻100446電阻150247電阻200148電阻0.1/3W149電阻1k750電阻4.7 k451電阻10 k852電阻15 k253電阻20 k454電阻36 k155電阻2.2 k256電阻100 k657電阻100 k/1W258電阻47 k459電阻2M 160精密電位器500 k261精密電位器20 k162精密電位器10 k1附錄3 電路原理圖與印制板圖附錄3圖1 DC-DC電路原理圖附錄3圖2 DC-DC電路印制板圖元件布局圖附錄3圖3 DC-DC電路印制板圖底層圖附錄3圖4 DC-AC電路原理圖附錄3圖5 DC-AC電路印制板圖元件布局圖附錄3圖6

39、 DC-AC電路印制板圖頂層圖附錄3圖7 DC-AC電路印制板圖底層圖附錄3圖8 DC-AC電路控制板印制板圖元件布局圖附錄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附錄3圖11 真有效值轉(zhuǎn)換電路原理圖附錄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附錄3圖14 單片機(jī)與外圍電路原理圖附錄3圖15 單片機(jī)與外圍電路印制板元件布局圖附錄3圖16 單片機(jī)與外圍電路印制板底層圖附錄4 程序清單文件名：ad12864.C功 能：完成對(duì)輸出電壓與電流的采樣，并計(jì)算出功率，同時(shí)在液晶上顯示頻率、電壓、電流與功率的大小。最后

40、修改時(shí)間：2009年8月15日#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define _Nop() _nop_()#define nop() _nop_()/-sbit ADC0832_DIO = P10; /*定義ADC控制端口*/sbit ADC0832_CLK = P11; sbit ADC0832_CS = P12;/-sbit RS = P22; /H=data; L=command; /*定義LCD12864控制端口*/sbit RW = P23; /H=read; L=write;

41、sbit E = P32; /input enable;sbit PSB= P33; /H=并口; L=串口;sbit RST= P35; /Reset Signal 低電平有效sbit busy=P07; /lcd busy bit#define lcd_data_port P0/*以下是LCD12864驅(qū)動(dòng)程序*/void lcd_delay(uchar ms) /*LCD12864 延時(shí)*/ uchar j;while(ms-) for(j=0;j=8)|(y_pos=4) ) return; /*X位置超出顯示圍退出*/if(y_pos=0) xy_pos = 0x80 + x_pos

42、;else if(y_pos=1) xy_pos = 0x90 + x_pos; /*計(jì)算轉(zhuǎn)換地址*/else if(y_pos=2) xy_pos = 0x88 + x_pos;else if(y_pos=3) xy_pos = 0x98 + x_pos; lcd_command_write(xy_pos); /*命令字寫入*/ lcd_busy_wait(); RS = 1; RW = 0;lcd_data_port = lcd_dat; E= 1; _Nop(); _Nop();E=0;lcd_data_port = 0xff; /*釋放數(shù)據(jù)端口*/ void lcd_char_writ

43、e1(uchar x_pos,y_pos,lcd_datH,lcd_datL) /*LCD12864漢字寫入*/ uchar xy_pos;if(x_pos=8)|(y_pos=4) ) return; /*X位置超出顯示圍退出*/if(y_pos=0) xy_pos = 0x80 + x_pos;else if(y_pos=1) xy_pos = 0x90 + x_pos; /*計(jì)算轉(zhuǎn)換地址*/else if(y_pos=2) xy_pos = 0x88 + x_pos;else if(y_pos=3) xy_pos = 0x98 + x_pos; lcd_command_write(xy_

44、pos); lcd_busy_wait(); RS = 1; RW = 0;lcd_data_port = lcd_datH; E= 1; _Nop(); _Nop();E=0;lcd_data_port = 0xff; /*釋放數(shù)據(jù)端口*/lcd_busy_wait(); RS = 1; RW = 0;lcd_data_port = lcd_datL; E= 1; _Nop();_Nop();E=0;lcd_data_port = 0xff; /*釋放數(shù)據(jù)端口*/*以下是ADC0832驅(qū)動(dòng)程序*/uchar ADC0832_Read(uchar ch)/*讀取ADC的 CH 通道電壓值，AD

45、C作為2路單獨(dú)電壓輸入*/uchar i;uchar ADC_buff=0;ADC0832_CS = 1;ADC0832_DIO = 1; /*啟動(dòng)位*/ADC0832_CLK = 0;ADC0832_CS = 0;nop();ADC0832_CLK = 1; nop();ADC0832_CLK = 0;ADC0832_DIO = 1; /*送 SGL/DIF 位 */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 =

46、 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位數(shù)據(jù)*/ADC_buff=ADC_buff1;nop();nop();ADC0832_CS = 1;ADC0832_CLK = 1;return ADC_buff; /*返回轉(zhuǎn)換值*/ unsigned int ADC0832da_to_Volage(unsigned char da)/*將輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成方便的電壓值*/*轉(zhuǎn)換公式 volage=da*Vref/255 其中Vref為4.95 */unsigned int Volage;float tt;tt=da*4.95/255;Volage= tt*100+0.5; /*對(duì)結(jié)果進(jìn)行4舍5入*/return Volage;void delay_1