畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-家用逆變電源的設(shè)計(jì)

32第1章緒論1.1研究目的及要求1.2相關(guān)研究現(xiàn)狀及前景[1]第2章系統(tǒng)分析2.1逆變器的基本概念與工作原理2.1.1正弦波逆變器的電路構(gòu)成直流變交流的部分稱(chēng)為逆變部分，逆變器的作用是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電經(jīng)過(guò)電感濾波后供給負(fù)載，這里的LC濾波是為了濾除高次諧波，得到正弦波，而逆變器因?yàn)樗敵龅碾妷汉皖l率與輸入的直流電源無(wú)關(guān)所以為稱(chēng)為無(wú)源逆變器。無(wú)源逆變器是正弦波逆變電路的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)采用的是單相橋式逆變電路，輸出電壓及頻率的大小是使用PWM（PulseWidthModulation，脈沖寬度調(diào)制）控制調(diào)節(jié)的。2.1.2常用逆變器調(diào)壓方法可控整流器調(diào)壓：通過(guò)負(fù)載對(duì)電壓的要求，使用可控的整流器來(lái)完成對(duì)逆變器輸出電壓的調(diào)節(jié)。直流斬波器調(diào)壓：在確定逆變器的電源側(cè)有較高功率的情況下，通過(guò)不可控整流器可以在直流環(huán)節(jié)中通過(guò)設(shè)置改變直流斬波器來(lái)進(jìn)行對(duì)電壓的調(diào)節(jié)。逆變器自身調(diào)壓：在采用不可控整流器的前提下逆變器能用自身的電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行斬波控制，這樣就可以得到脈沖列，通過(guò)改變輸出電壓脈沖列的脈沖寬度，就可達(dá)到對(duì)輸出的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方法被稱(chēng)為脈寬調(diào)制（PWM）。2.2SPWM調(diào)制變頻技術(shù)SPWM（SinusoidalPulseWidthModulation，正弦脈沖寬度調(diào)制）調(diào)制技術(shù)是PWM多脈沖可變脈寬調(diào)制技術(shù)的一種，即所謂的正弦波脈寬調(diào)制其輸出波形是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。如圖2-1所示，等效的原則是每一區(qū)間的面積相等。假使把一個(gè)完整周期的正弦半波無(wú)限切割成n等份，接下來(lái)把用一個(gè)與此面積相等的矩形脈沖來(lái)替換各等份的正弦波曲線(xiàn)與橫軸所圍成的面積，所代替的矩形脈沖其幅度值不發(fā)生變化，正弦波每一等份的中點(diǎn)與各個(gè)脈沖的中點(diǎn)相重合，由此n個(gè)相同幅度，寬度不同的矩形脈沖所構(gòu)成的波形就與正弦波的半個(gè)周期效果相同。正弦波的另一個(gè)半周期同樣適用一樣的方法與其等效。假使整流器輸出的直流恒定電壓為Us，而且使得電機(jī)繞組的中點(diǎn)與直流電壓中點(diǎn)相互連接，那么SPWM脈沖序列波的幅度值變?yōu)閁s/2。此處正弦波值跟第i個(gè)矩形脈沖的寬度將近成正比例。于是跟半周期正弦波相同效果的SPWM波形是中間寬、兩邊窄，脈沖寬度按正弦波形的法則慢慢改變的序列脈沖波形。跟其余各種變頻變壓調(diào)制方式相比較，此脈沖序列比常規(guī)六拍階梯波更加靠近于正弦波。這種方法方便讓負(fù)載電流中的高次諧波成分極大的減弱，由此轉(zhuǎn)為矩形脈動(dòng)很小，系統(tǒng)整體性能有了極大的提升。通常情況下，SPWM有單極性和雙極性?xún)煞N不同的調(diào)制方式。T圖2-1SPWM的輸出波形圖2.2.1單極性SPWM在單極性SPWM輸出的每半周期內(nèi)，脈電壓僅有一種極性，負(fù)半周期為一U和零，正半周期為十U和零，它的波形調(diào)制工作特點(diǎn)如圖2-2所示。單極性SPWM調(diào)制的工作特點(diǎn)：均在半個(gè)周期里面，逆變電橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件中僅有一個(gè)，按照脈沖系列的法則;一個(gè)是時(shí)通時(shí)斷的工作，而另一個(gè)完全截至;并且在另一個(gè)半周期里面，這兩個(gè)器件的工作情況剛好相反[2]。wtwtU-U圖2-2單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)圖2.2.2雙極性SPWM上述的單極性SPWM逆變器主電路每相只有一個(gè)開(kāi)關(guān)器件反復(fù)通斷。假使通過(guò)同一橋臂上、下兩個(gè)不同的開(kāi)關(guān)器件交替地打開(kāi)和關(guān)閉，那么輸出的脈沖在“+和“—”之間變化，由此就有了雙極性SPWM波形[3]。雙極性SPWM調(diào)制的工作特點(diǎn)：在逆變橋運(yùn)作的時(shí)候，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件一直按照相電壓脈沖系列的法則不斷地打開(kāi)與關(guān)閉，時(shí)刻進(jìn)行，從不間斷。具體工作特點(diǎn)如圖2-3所示。OOwtU-U圖2-3雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)圖第3章硬件設(shè)計(jì)本正弦波逆變器主要用的是SPWM控制技術(shù)，整體的電路具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)而且在機(jī)械特性方面也表現(xiàn)良好，同時(shí)價(jià)格也比較低廉。這樣的設(shè)計(jì)能完美達(dá)到題目的需求并且已經(jīng)在各種相關(guān)的行業(yè)里被普遍采用。3.1電路原理圖圖3-1主回路原理圖從圖3-1中可以看出，輸入12V直流電壓經(jīng)過(guò)濾波電路的這個(gè)部分采用電容進(jìn)行過(guò)濾，在逆變的部分采用了四個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體管（即MOS管）組成了一個(gè)單相橋式逆變電路，后使用用單極性的調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制，輸出的SPWM波形過(guò)經(jīng)電感、電容組成的LC濾波器濾除高次諧波，得到一個(gè)8V的純正弦波。輸出的8V正弦波電壓經(jīng)過(guò)工頻變壓器升壓到220V家用交流電壓[4]。3.2原理論述此設(shè)計(jì)主要使用的硬件電路有7805降壓電路、電壓檢測(cè)電路、全橋逆變電路、IR2104驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)電路、按鍵設(shè)置電路、顯示模塊、電流檢測(cè)電路、LC濾波器、工頻變壓器、以及一些外圍電路，詳細(xì)的系統(tǒng)框圖如圖3-2所示。圖3-2電路系統(tǒng)框圖3.2.1單片機(jī)的選擇此設(shè)計(jì)所采用的單片機(jī)是STC12C5A60S2，它能讓系統(tǒng)的功能到完美的實(shí)現(xiàn)，可以有效的輸出兩路PWM波形，通過(guò)軟硬件設(shè)計(jì)，達(dá)到多功能的電機(jī)控制，此單片機(jī)的存儲(chǔ)字節(jié)數(shù)可達(dá)到60K之多，并且擁有36個(gè)I/O口，具有2路PWM輸出、8路10位ADC轉(zhuǎn)換、每個(gè)I/O能設(shè)置成弱/強(qiáng)上拉、高電阻、開(kāi)漏狀態(tài)，此單片機(jī)里面包含上電復(fù)位電路，抗干擾，抗靜電，低成本，低功耗，性?xún)r(jià)比高[6]圖3-3單片機(jī)電路圖3.2.2濾波電路濾波電路的作用是把直流電壓過(guò)濾，過(guò)濾掉其中不平整的脈動(dòng)，這樣的目的是確保之后的電路環(huán)節(jié)能得到優(yōu)秀質(zhì)量的電壓或電流，本電路的濾波電路部分采用的是電容濾波電路。雖然從理論上來(lái)講只要電容值越大那么過(guò)濾的效果就越好，但是出于對(duì)實(shí)際的考慮無(wú)論結(jié)構(gòu)上還是價(jià)值上都不能這樣，所以要計(jì)算電容的實(shí)際大小。要設(shè)計(jì)一個(gè)濾波電路通常都會(huì)選擇具有較高電抗性的元件，簡(jiǎn)單的濾波電路一般是在負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)電容器或者在負(fù)載上串聯(lián)一個(gè)電感器，如果同時(shí)使用電容和電感組成濾波電路則被稱(chēng)為復(fù)式濾波電路。交流電轉(zhuǎn)換為直流電后會(huì)有電壓波動(dòng)，這里通過(guò)電容率波過(guò)濾掉電壓波動(dòng)。當(dāng)直流電轉(zhuǎn)換為交流電的時(shí)候?yàn)榱嗽谪?fù)載得到無(wú)畸變的正弦波這里采用復(fù)式濾波器。本設(shè)計(jì)采用的濾波電路如圖3-4所示。圖3-4濾波電路圖3.2.3電壓檢測(cè)電路由于在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生電網(wǎng)電壓波動(dòng)的情況，如果電網(wǎng)低于某個(gè)數(shù)值時(shí)，可能會(huì)損壞正在運(yùn)行的用電器，所以需要對(duì)母線(xiàn)電壓進(jìn)行檢測(cè)。具體電壓檢測(cè)電路如圖3-5所示，由于=12V，而單片機(jī)的采樣電壓最高位5V，故采樣電阻比例(3-1)這里取R1和R5是100K和10K，(3-2)1<2,所以滿(mǎn)足條件。圖3-5電壓檢測(cè)電路圖3.2.4全橋逆變電路如圖3-6所示的電橋電路，其電路中需要用到四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，電路的A端和B端都要與用電器連接。由于直流電接入因此需要挑選具有充分大耐壓值的場(chǎng)效應(yīng)管，此次設(shè)計(jì)選用的是IRF540，33A/100V場(chǎng)效應(yīng)管，IRF540場(chǎng)效應(yīng)管不僅滿(mǎn)足耐壓方面的要求而且在通斷時(shí)間能夠恰當(dāng)?shù)陌芽豙7]。圖3-6全橋逆變電路圖3.2.5驅(qū)動(dòng)電路的選擇方案一：基于三極管等元件組成的驅(qū)動(dòng)電路，這種驅(qū)動(dòng)電路的好處是價(jià)格便宜且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是本設(shè)計(jì)的要求的驅(qū)動(dòng)電路必須高于電源電壓的電路，所以如果選擇這種驅(qū)動(dòng)電路就需要再為它增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源，這無(wú)疑增加了設(shè)計(jì)的難度。方案二：半橋式驅(qū)動(dòng)電路，本半橋驅(qū)動(dòng)電路采用IR2104作為它的驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠并且能即大的提升電路的穩(wěn)定性，降低了設(shè)計(jì)難度。該芯片采用被動(dòng)式泵荷升壓原理。上電時(shí)，電源流過(guò)快恢復(fù)二極管D向電容C充電，C上的端電壓很快升至接近Vcc，這時(shí)如果下管導(dǎo)通，C負(fù)級(jí)被拉低，形成充電回路，會(huì)很快充電至接近Vcc，當(dāng)PWM波形翻轉(zhuǎn)時(shí)，芯片輸出反向電平，下管截止，上管導(dǎo)通，C負(fù)極電位被抬高到接近電源電壓，水漲船高，C正極電位這時(shí)已超過(guò)Vcc電源電壓。因有D的存在，該電壓不會(huì)向電源倒流，C此時(shí)開(kāi)始向芯片內(nèi)部的高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)電路供電，C上的端電壓被充至高于電源高壓的Vcc，只要上下管一直輪流導(dǎo)通和截止，C就會(huì)不斷向高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)電路供電，使上管打開(kāi)的時(shí)候，高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)電路電壓一直大于上管的S極。采用該芯片降低了整體電路的設(shè)計(jì)難度，只要電容C選擇恰當(dāng)，該電路運(yùn)行穩(wěn)定[8]。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的要求是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的電路，無(wú)疑第二種方法最能達(dá)到要求，所以就選擇方案二。本設(shè)計(jì)基于IR2104的半橋式驅(qū)動(dòng)電路如圖3-7所示。圖3-7基于IR2104的半橋驅(qū)動(dòng)電路圖3.2.6電流檢測(cè)電路方案一：霍爾電流傳感器。電流流經(jīng)霍爾傳感器的線(xiàn)圈能產(chǎn)生磁場(chǎng)，傳感器產(chǎn)生的磁場(chǎng)跟隨電流的大小改變而改變，磁環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)最為強(qiáng)大，由霍爾元件輸出隨磁場(chǎng)變化的電壓信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)電壓值從而得到電流的大小。方案二：電阻分壓檢測(cè)電路。通過(guò)在輸出回路中串聯(lián)采樣電阻，將通過(guò)電阻的電流轉(zhuǎn)換成兩端的電壓，通過(guò)檢測(cè)電壓值從而獲得電流值。該檢測(cè)方法電路和程序控制都比較簡(jiǎn)單。要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓和電流的閉環(huán)控制，必須對(duì)輸出電流和電壓進(jìn)行采樣反饋。本設(shè)計(jì)采用如圖3-8所示的電流檢測(cè)電路。為了便于MCU采集，分壓電阻產(chǎn)生的電壓經(jīng)過(guò)由LM358構(gòu)成的同相比例放大器放大后，輸入到MCU的ADC端口。圖3-8電流檢測(cè)電路圖第4章程序設(shè)計(jì)4.1程序選擇說(shuō)明要完成本正弦波逆變器的設(shè)計(jì)除了硬件方面的設(shè)計(jì)還需要進(jìn)行開(kāi)軟件的設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的各種功能，軟件程序的編制是不可缺少的。對(duì)于本系統(tǒng)的軟件編程主要有兩種編程語(yǔ)言，分別是匯編和C語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言的好處就是運(yùn)行速度可觀(guān)但也擁有不方便編程和調(diào)試?yán)щy的不足。C語(yǔ)言擁有非常好的可讀性，而且調(diào)試過(guò)程非常容易，移植性好。所以本設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)使C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序。4.2SPWM查表根據(jù)正弦波的一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算得出每個(gè)脈沖的寬度和他們之間的間隔，以此來(lái)操控開(kāi)關(guān)器件的通斷來(lái)得到PWM波形。SPWM算法按照規(guī)律采用法需要按相同角度步進(jìn)將正弦波分成等分，本設(shè)計(jì)將半波平均分成分成54等分，計(jì)算余弦數(shù)值得到一系列數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)做成程序列表，存儲(chǔ)進(jìn)單片機(jī)的ROM里面。Ucharcodepwm[54]={255,240,226,211,196,182,168,154,141,128,115,103,91,80,69,59,50,42,34,27,20,15,10,6,3,1,0,0,1,3,6,10,15,20,27,34,42,50,59,69,80,91,103,115,128,141,154,168,182,196,211,226,240,255};4.3程序結(jié)構(gòu)流程圖4.3.1主程序流程圖本設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖4-1所示。主程序主要處理對(duì)時(shí)間要求不敏感的數(shù)據(jù)，例如顯示電壓電流狀況，以及按鍵檢測(cè)。本設(shè)計(jì)的主程序主要是進(jìn)行各項(xiàng)初始化程序，查詢(xún)ADC檢測(cè)數(shù)據(jù)后計(jì)算并顯示出相應(yīng)的輸入電壓和輸出電流，通過(guò)顯示的電壓電流來(lái)控制按鍵檢測(cè)程序。開(kāi)始端口初始化端口初始化LCD1602初始化LCD1602初始化顯示“顯示“welcome”延時(shí)100ms延時(shí)100msADC初始化為查詢(xún)方式ADC初始化為查詢(xún)方式PWM初始化PWM初始化定時(shí)器定時(shí)器0初始化清屏清屏查詢(xún)ADC檢測(cè)的數(shù)據(jù)并計(jì)算輸入電壓和輸出電流查詢(xún)ADC檢測(cè)的數(shù)據(jù)并計(jì)算輸入電壓和輸出電流顯示輸入電壓和輸出電流顯示輸入電壓和輸出電流K=1?K=1?逆變電路使能開(kāi)YesNo逆變電路使能開(kāi)逆變電路使能關(guān)逆變電路使能關(guān)按鍵檢測(cè)按鍵檢測(cè)圖4-1主程序流程圖4.3.2定時(shí)器中斷程序流程圖開(kāi)始在定時(shí)器中斷程序中，通過(guò)查表的方式，得到一個(gè)單極性SPWM波形。具體程序流程圖如圖4-2所示。將設(shè)定好50HZ輸出正弦波輸出頻率，那么半波即100HZ頻率，為了降低單片機(jī)片內(nèi)儲(chǔ)存空間，我們?cè)O(shè)定一個(gè)半波分辨率為54，即半波的數(shù)組里面有54個(gè)數(shù)據(jù)，這54個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的是一個(gè)正弦半波中的SPWM的占空比。那么每個(gè)占空比保持的時(shí)間是（1/100/54）185us。我們?cè)O(shè)置定時(shí)器為每185us進(jìn)入一次中斷，每進(jìn)來(lái)一次就降此時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)組里面的數(shù)據(jù)賦給硬件PWM，給左邊的半橋輸入SPWM控制信號(hào)，當(dāng)次數(shù)超過(guò)54次后，數(shù)組又回到最開(kāi)始，給另外一個(gè)半橋輸入控制SPWM信號(hào)。這樣循環(huán)往復(fù)，就得到一個(gè)完整的SPWM波形。開(kāi)始定時(shí)器定時(shí)器0重裝初值計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0數(shù)值賦給alock=lock=0??index++index++index>53?index>53?關(guān)閉PCA計(jì)數(shù)器；index=0關(guān)閉PCA計(jì)數(shù)器；index=0；zf=~zf；indexYeszzf=1?前半周期？No右半橋打開(kāi)，左半橋關(guān)閉右半橋打開(kāi)，左半橋關(guān)閉左半橋打開(kāi)，右半橋關(guān)閉PCA開(kāi)始計(jì)數(shù)PCA開(kāi)始計(jì)數(shù)zf=1?前半周期？zf=1?前半周期？No右半橋PWM賦值Yes右半橋PWM賦值左半橋PWM賦值左半橋PWM賦值結(jié)束結(jié)束圖4-2中斷程序流程圖4.3.3按鍵程序流程圖本設(shè)計(jì)按鍵流程圖如圖4-3所示。按鍵程序中主要是控制機(jī)器的逆變H橋的工作的使能，按第一下，H橋工作，再按下后取反，H橋停止工作。按鍵1控制頻率的增加，按鍵2控制頻率的減小，按鍵3控制IC2104使能是否工作。進(jìn)入進(jìn)入有按鍵按下？有按鍵按下？No延時(shí)延時(shí)10msBreak頻率>99Hz？按鍵1按下？YesBreak頻率>99Hz？按鍵1按下？頻率=99Hz頻率++頻率=99Hz頻率++按鍵2按下？頻率<2HzYesNo按鍵2按下？頻率<2HzBreak頻率-頻率=2HzYesBreak頻率-頻率=2HzNoIC2104使能開(kāi)半橋工作K=1?K取反按鍵3按下？IC2104使能開(kāi)半橋工作K=1?K取反按鍵3按下？BreakYesBreakNoIC2104使能關(guān)IC2104使能關(guān)半橋不工作defaultdefault退出退出圖4-3按鍵程序流程圖4.3.4ADC檢測(cè)數(shù)據(jù)程序在如圖4-4所示ADC檢測(cè)數(shù)據(jù)這個(gè)子程序中，這里用數(shù)字平均濾波算法，采集200個(gè)數(shù)據(jù)，然后取平均值，使得到的數(shù)據(jù)更加接近真實(shí)狀況，使得顯示出來(lái)的電壓和電流不會(huì)亂跳，抗干擾能力得很大的提高。進(jìn)入進(jìn)入countcount=0Nocount<200?count<200?count++count++啟動(dòng)該通道的AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)該通道的AD轉(zhuǎn)換ADC轉(zhuǎn)換完成？NoADC轉(zhuǎn)換完成？獲得ADC數(shù)據(jù)Yes獲得ADC數(shù)據(jù)vvalue=value+ADC數(shù)據(jù)value=value=value/200返回value返回value數(shù)字退出退出圖4-4ADC檢測(cè)數(shù)據(jù)程序流程圖第5章系統(tǒng)測(cè)試5.1單片機(jī)輸出波形測(cè)試5.1.1測(cè)試儀器因?yàn)橐獙?duì)單片機(jī)輸出電壓和SPWM波形進(jìn)行測(cè)試，所以需要示波器。實(shí)驗(yàn)采用Siglent雙通道200M示波器。5.1.2測(cè)試方法第一步：將雙通道示波器的兩個(gè)探針接在單片機(jī)輸出PWM的引腳；第二步：記錄波形數(shù)據(jù)；第三步：改變單片機(jī)輸出SPWM的頻率，返回第一步操作，直到調(diào)出50HZ的SPWM波測(cè)試完。5.1.3測(cè)試結(jié)果把示波器的其中一個(gè)探針接到其中一個(gè)PWM輸出端口，另一個(gè)探針接到另外一個(gè)端口，得到的SPWM波形，經(jīng)過(guò)LC濾波后出來(lái)的波形如圖5-1所示。接入LC濾波器后，SPWM波形變?yōu)榧冋也?。圖5-1輸出結(jié)果波形圖經(jīng)過(guò)測(cè)試，該設(shè)計(jì)能輸出10V/50HZ的正弦波，其中SPWM波形設(shè)有死區(qū)時(shí)間，在軟件上避免了單向電橋的共態(tài)導(dǎo)通。5.2電路效率測(cè)試5.2.1測(cè)試儀器需要測(cè)試電源的帶載性能及效率，需要萬(wàn)用表和負(fù)載。1.可調(diào)壓電源：本實(shí)驗(yàn)采用兆信30/5A數(shù)顯線(xiàn)性電源。2.萬(wàn)用表：深圳勝利VC980+數(shù)字萬(wàn)用表，數(shù)量為4個(gè)。3.負(fù)載：負(fù)載為100W50Ω的環(huán)形滑動(dòng)變阻器。4.示波器：?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出的載波頻率為47KHZ。5.2.2測(cè)試方式測(cè)試示意圖如圖5-2所示：圖5-2測(cè)試圖測(cè)試步驟：第一步：按照測(cè)試圖接好電流表電壓表和大功率滑動(dòng)變阻器，滑動(dòng)變阻器調(diào)到最大；第二步：打開(kāi)試驗(yàn)用可調(diào)電源打到12V；第三步：逐步調(diào)大滑動(dòng)變阻器的電阻值，記錄V2，A2，A1，V1的變化數(shù)據(jù)；

第四步：逐步調(diào)整調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，每調(diào)整一次做一次的記錄；第五步：返回第四步，直到輸出電流過(guò)大，達(dá)到自保護(hù)的狀態(tài)。5.2.3測(cè)試結(jié)果測(cè)試額定功率下的供電效率，測(cè)試結(jié)果如下表所示。表5-1輸入輸出電流電壓記錄表U1(V)(DC)I1(A)(DC)U2(V)(AC)I2(A)(AC)η效率12.20.208.40.210.7412.20.348.40.420.8512.20.468.40.610.9112.20.608.40.800.9212.20.768.41.020.9312.20.888.41.210.9512.21.018.41.390.9512.21.178.41.610.9512.21.308.41.810.9612.21.458.42.020.9612.20.100.00.000.00由以上數(shù)據(jù)得到：滿(mǎn)載輸出情況下，供電效率為96%。第6章結(jié)束語(yǔ)6.1結(jié)論SPWM逆變電源設(shè)計(jì)全面闡述了正弦波逆變器的基本結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)原理以及硬件軟件的設(shè)計(jì)。本文所設(shè)計(jì)的基于51單片機(jī)的正弦波逆變器具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、保護(hù)功能完善等特點(diǎn)。主要實(shí)現(xiàn)了如下功能：(1)采用STC12C5A(2)具有安全控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)；(3)設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路、控制電路的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性：(4)系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，為二次開(kāi)發(fā)提供了非常便利的條件。6.2存在問(wèn)題由于時(shí)間和能力方面的限制，本文所設(shè)計(jì)的正弦波逆變器還有進(jìn)一步改善的方法，使系統(tǒng)具有更好的靈活性和穩(wěn)定性。致謝本論文是在肖杰老師的全力指導(dǎo)下完成的，首先要對(duì)肖杰老師表示最衷心、最誠(chéng)摯地感謝！本論文的選題、設(shè)計(jì)到最后的完成與他精心地指導(dǎo)，時(shí)時(shí)的督促和認(rèn)真的修改是分不開(kāi)的。在拿到課題時(shí)，他耐心仔細(xì)的向我講述設(shè)計(jì)的原理及知識(shí)重點(diǎn)是什么，并一再表示有不懂得可以隨時(shí)去問(wèn)他。中期檢查的時(shí)候，他認(rèn)真詢(xún)問(wèn)了我的設(shè)計(jì)進(jìn)展及我的大體設(shè)計(jì)思路，并對(duì)我的不足之處及不會(huì)的地方給予了專(zhuān)業(yè)的指導(dǎo)。肖老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，耐心的指導(dǎo)以及對(duì)工作兢兢業(yè)業(yè)，是我們學(xué)習(xí)的典范，給我們留下了深刻的印象，使我深受感染。同時(shí)，我也深深的感謝大學(xué)過(guò)程中給我傳授知識(shí)的老師和一起相處的同學(xué)給我無(wú)私的關(guān)心和幫助。在我遇到學(xué)術(shù)問(wèn)題時(shí)，各位老師總能滿(mǎn)心的解決我的疑問(wèn)。在我感到失望，煩躁時(shí)，身邊的同學(xué)總會(huì)開(kāi)導(dǎo)我，安慰我。在我取得進(jìn)步時(shí)，和我一起高興，謝謝你們和一起分享大學(xué)生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，酸甜苦辣！參考文獻(xiàn)[1]魏偉.正弦波逆變電源的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].電氣技術(shù),2008,(11):5-7.[2]桂愛(ài)剛,萬(wàn)火金,劉建國(guó).單極性SPWM波形調(diào)制開(kāi)關(guān)點(diǎn)計(jì)算及其諧波分析[J].江西能源,2008,(02):26-29.[3]石新春,陳雷,張玉平.雙極性SPWM調(diào)制的單相工頻正弦波逆變器的設(shè)計(jì)[J].通信電源技術(shù),2008,(04):53-56.[4]張彥兵,寧媛,袁浩.基于SPWM控制的正弦波逆變器的研究與設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2013,(08):67-70.[5]周俊杰,錢(qián)曉耀,陳上挺.一種基于PIC系列單片機(jī)的SPWM逆變電源[TM].2008,(04):100-110.[6]李娜,邵利敏,趙秋霞,郭燕霞.基于16位單片機(jī)的逆變電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[TM].2007,(10):91-98.[7][8]劉劍飛,王富洲.新型IGBT半橋驅(qū)動(dòng)芯片IR22141應(yīng)用研究[J].微電機(jī).2008,(04):23-26.[9]林立,張俊亮.單片機(jī)原理及其應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2012.[10]郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社,2000.附錄一：總電路原理圖附錄二：實(shí)物效果圖附錄三：程序代碼/*************spwm產(chǎn)生程序******//*單片機(jī)STC12C5A60S2，晶振12.02729M#include<STC12C5A#include<intrins.h> /*use_nop_()function*/#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineADC_FLAG0X10ucharcodepwm[54]={255,240,226,211,196,182,168,154,141,128,115,103,91,80,69,59,50,42,34,27,20,15,10,6,3,1,0,0,1,3,6,10,15,20,27,34,42,50,59,69,80,91,103,115,128,141,154,168,182,196,211,226,240,255};//反正弦變化ucharcodeHz[]={0x26,0x7D,0x6E,0xFD,0x93,0x3E,0xA8,0xFE, //2~50xB7,0x7E,0xC1,0xD9,0xC9,0x9E,0xCF,0xA9,0xD4,0x7E,0xD8,0x73,0xDB,0xBE,0xDE,0x88,0xE0,0xEC,0xE2,0xFE,//11~150xE4,0xCE,0xE6,0x68,0xE7,0xD4,0xE9,0x19,0xEA,0x3E,0xEB,0x53,0xEC,0x44,0xED,0x20,0xED,0xE9,0xEE,0xA2,//21~250xEF,0x4D,0xEF,0xEB,0xF0,0x7E,0xF1,0x07,0xF1,0x87,0xF1,0xFE,0xF2,0x6E,0xF2,0xD7,0xF3,0x3B,0xF3,0x98,//31~350xF3,0xF0,0xF4,0x43,0xF4,0x93,0xF4,0xDD,0xF5,0x25,0xF5,0x68,0xF5,0xA9,0xF5,0xE7,0xF6,0x21,0xF6,0x59,//41~450xF6,0x8F,0xF6,0xC2,0xF6,0xF4,0xF7,0x23,0xF7,0x50,0xF7,0x7C,0xF7,0xA6,0xF7,0xCE,0xF7,0xF5,0xF8,0x1A,//51~550xF8,0x3E,0xF8,0x61,0xF8,0x83,0xF8,0xA3,0xF8,0xC3,0xF8,0xE1,0xF8,0xFE,0xF9,0x1B,0xF9,0x36,0xF9,0x51,//61~650xF9,0x6B,0xF9,0x84,0xF9,0x9D,0xF9,0xB4,0xF9,0xCB,0xF9,0xE2,0xF9,0xF7,0xFA,0x0C,0xFA,0x21,0xFA,0x35,//71~750xFA,0x49,0xFA,0x5B,0xFA,0x6E,0xFA,0x80,0xFA,0x92,0xFA,0xA3,0xFA,0xB3,0xFA,0xC4,0xFA,0xD4,0xFA,0xE3,//81~850xFA,0xF3,0xFB,0x01,0xFB,0x10,0xFB,0x1E,0xFB,0x2C,0xFB,0x39,0xFB,0x47,0xFB,0x54,0xFB,0x60,0xFB,0x6D,//91~950xFB,0x79,0xFB,0x85,0xFB,0x91,0xFB,0x9C,0xFB,0xA7};//定時(shí)器2~100HzsbitSD1 = P3^2; //第一橋臂，和P13對(duì)應(yīng)同一塊ir2104sbitSD2 = P3^3; //第二橋臂,和P14對(duì)應(yīng)同一塊ir2104sbitP13 = P1^3;//PCA模塊0輸出sbitP14 = P1^4;//PCA模塊1輸出sbitP10 = P1^0; //電流檢測(cè)sbitP11 = P1^1; //電壓檢測(cè)sbitkey1 = P2^1; //oksbitkey2 = P2^2; //+sbitkey3 = P2^3; //-uintindex=0; //查表數(shù)值ucharlast_key; //按鍵變量ucharTH_x=0xF7; //定時(shí)器高位數(shù)值ucharTL_x=0x7C; //定時(shí)器高位數(shù)值ucharHz_x=50; //當(dāng)前變頻器頻率bitzf=0; //前后半周期標(biāo)志bitK=1; //按鍵保護(hù)bitC; //過(guò)流保護(hù)bitlock=1; //PWM輸出鎖定voiddelay();voidkey_scan();voidKey_1_();voidKey_2_();voidKey_3_();voidinit_pca();voidinit_timer();/**********************************************************函數(shù)說(shuō)明：延時(shí)程序**********************************************************/voiddelay(uchart){ uintj; uchari; for(i=0;i<t;i++) for(j=0;j<1000;j++);}/**********************************************************函數(shù)說(shuō)明：pca計(jì)數(shù)器初始化函數(shù)**********************************************************/voidinit_pca(void){ CMOD=0x02;//計(jì)數(shù)器0的溢出為PCA計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘源，允許pca中斷使能，PDF資料上錯(cuò)誤 CCON=0x00; CCAPM0=0x42;//8位PWM輸出，無(wú)中斷 CCAPM1=0x42;//8位PWM輸出，無(wú)中斷 CL=0x00;//清零pca計(jì)數(shù)器 CH=0x00; CCAP0L=pwm[0];//初始化spwm輸出的占空比 CCAP0H=pwm[0]; CCAP1L=pwm[0];//初始化spwm輸出的占空比 CCAP1H=pwm[0]; CR=1;//運(yùn)行pca計(jì)數(shù)器}/**********************************************************函數(shù)說(shuō)明：計(jì)數(shù)器0初始化函數(shù)**********************************************************/voidinit_timer(void){ TMOD=0x01; TH0=0XF7; TL0=0x50;//T1的計(jì)數(shù)值低位 AUXR=0xC0;//計(jì)數(shù)器均工作在1T模式。計(jì)數(shù)頻率11.0592M ET0=1;//開(kāi)中計(jì)數(shù)器0斷 TR0=1;//開(kāi)啟計(jì)數(shù)器0}/**********************************************************函數(shù)說(shuō)明：ADC查詢(xún)法始化函數(shù)**********************************************************/voidInitADC(){ P1M1=0x03; P1M0=0x00; P1ASF=0X03; //相應(yīng)端口當(dāng)ADC使用時(shí)，端口要置位P10&P11 ADC_RES=0; ADC_CONTR=0X80; //10000000 開(kāi)電源，最低速}/**********************************************************函數(shù)說(shuō)明：讀ADC數(shù)值**********************************************************/ucharGetADC(ucharch){ uintresult=0; ADC_CONTR=0xe8|ch; //選擇通道 開(kāi)始AD轉(zhuǎn)換 _nop_();_nop_(); _nop_();_nop_(); while(!ADC_FLAG); //查詢(xún)ADC_FLOG是否置位1轉(zhuǎn)換結(jié)束~ADC_FLAG; //ClearADCinterruptflag result=ADC_RES; //11110111 結(jié)束AD轉(zhuǎn)換// result=ADC_RESL; return(result);}/**********************************************************函數(shù)說(shuō)明：平均濾波函數(shù)**********************************************************/#defineN200uintfilter(ucharch){ uintvalue=0; ucharcount; for(count=0;count<N;count++) { value+=GetADC(ch); //200次采樣求平均 } return(value);}/**************************************1602液晶**************************************/sbitRS=P2^5; sbitRW=P2^6;sbitE=P2^7;/**************************************短延時(shí)**************************************/voiddelay5ms(){uchari,v,k;for(i=1;i>0;i--)for(v=168;v>0;v--)for(k=22;k>0;k--);}/**************************************寫(xiě)指令**************************************/voidlcd_Write_com(ucharcom) { RS=0; //定義指令寄存器 RW=0; //寫(xiě)允許 P0=com; //寫(xiě)指令 delay5ms(); E=1; //片選端上拉 delay5ms(); E=0; //下降沿鎖存}/**************************************寫(xiě)數(shù)據(jù)**************************************/voidlcd_write_date(uchardate) { RS=1; //定義數(shù)據(jù)寄存器 RW=0; //寫(xiě)允許 P0=date; //寫(xiě)數(shù)據(jù) delay5ms(); E=1; //片選端上拉 delay5ms(); E=0; //下降沿鎖存}/**************************************顯示程序**************************************/voiddis_lcd1602(ucharx,uchary,uchardat){ ucharadd; if(y==1) add=(0x80+x); if(y==2) add=(0xc0+x); lcd_Write_com(add); //寫(xiě)指令 lcd_write_date(dat); //寫(xiě)數(shù)據(jù)}/**************************************液晶初始化**************************************/voidlcd1602_init(){ lcd_Write_com(0x38); //設(shè)置8位格式，2行，5*7 lcd_Write_com(0x01); //清屏 lcd_Write_com(0x0c); //整體顯示，關(guān)光標(biāo)，不閃爍 lcd_Write_com(0x06); //設(shè)定輸入方式，增量不移位 lcd_Write_com(0x80); //初始坐標(biāo)}/**************************************液晶顯示漢字程序**************************************/voidhz_lcdDis(ucharx,uchary,uchar*p)//漢字顯示{uchari=0,temp;if(x)temp=0x40;elsetemp=0;for(i=y;*p!='\0';i++,p++){ lcd_Write_com(i|0x80+temp); lcd_write_date(*p); delay5ms(); }}/**************************************液晶顯示數(shù)字程序**************************************/voidnum_lcdDis(ucharX,ucharY,uintnum,ucharn) { uinti=0,temp,hang; n+=1; if(X)hang=0x40;elsehang=0; for(i=(n-1);i>0;i--){ lcd_Write_com((i+Y-1)|0x80+hang); //從個(gè)位開(kāi)始顯示 temp=num%10+0x30; lcd_write_date(temp); delay5ms(); num/=10; } }/**********************************************************函數(shù)說(shuō)明：按鍵延時(shí)防抖動(dòng)P2^0Key_1P2^1Key_2P2^2Key_3**********************************************************/voidkey_scan(){ uchartemp; temp=P2&0x1F; if(temp!=0x1F) { delay(10); temp=P2&0x1F; if(temp!=0x1F) { switch(temp) { case0x1D:Key_1_(); break; //21 case0x1B:Key_2_(); break; //22 case0x17: if(last_key==temp); elseKey_3_(); break; //23 default:break; } } } last_key=temp;}/**********************************************************函數(shù)說(shuō)明：+按鍵程序**********************************************************/voidKey_1_(){ Hz_x++; if(Hz_x>98)Hz_x=99; TH_x=Hz[2*Hz_x-2];//重裝定時(shí)器高位 TL_x=Hz[2*Hz_x-1];//重裝定時(shí)器低位 }/**********************************************************函數(shù)說(shuō)明：-按鍵程序**********************************************************/voidKey_2_(){ Hz_x--; if(Hz_x<36)Hz_x=35; TH_x=Hz[2*Hz_x-2];//重裝定時(shí)器高位 TL_x=Hz[2*Hz_x-1];//重裝定時(shí)器低位 }/********************************************