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一种基于单片机控制的逆变电源电路设计摘要：本文主要介绍一种以单片机为核心控制器，能够输出交流电压的逆变电源系统，并且实现了对频率的改变，为用电器的不同电压需求提供了方便。
关键词：SCT，逆变，电源Abstract: This paper introduces a single-chip microcomputer as the core controller, to the output voltage of the inverter power supply system, and the realization of frequency change, providing convenience for different voltage requirements for electrical equipment.Keywords: SCT, inverter, power supply一、系统总体方案设计本系统是以STC12C5A60S2单片机作为主控制芯片而实现的逆变电源，驱动元件使用的是IR2110，，单片机产生SPWM波的方法是采用等面积法，采用此方法可以实现正弦波的输出，频率可以调节是通过对程序的控制来实现的，进而最终可以设计出直流到交流的逆变过程。
1.1、脉宽调制器（SPWM）用STC12C5A60S单片机，此单片机为新一代的51单片机，它的flash为64k，具有两路的PWM输出，脉宽可以通过软件的方式来调节，优点是：不仅具有较高的精度，而且具有不复杂，价格不高的外围电路。
1.2、SPWM控制方案有两种SPWM控制的方案：单极性与双极性调制法。
在单极性法中生成的SPWM信号有正、负和0三种电平，在双极性法中生成的却仅有正、负两种电平。
通过对比二者产生的SPWM波可以得知：当二者的载波比相同时，双极性SPWM所生成的波中所含谐波量较单极性的要大；而且在正弦逆变电源控制当中，双极性SPWM波控制不够简单。
一种基于单片机控制的逆变电源设计
胡玉松
【期刊名称】《信息与电脑》
【年(卷),期】2018(000)001
【摘要】设计了一种基于STC15单片机的SPWM单向逆变电源.逆变电源由正弦波脉宽调制(SPWM)模块、IR2109驱动电路、全桥电路、LC低通滤波电路构成,在负载上得到稳定的正弦波交流电.SPWM控制技术能够实时、准确地达到变频控制要求,且逆变器输出电压谐波分量少.实测结果表明单向逆变电源可以输出完整的正弦波,且输出电流大于2 A,电压大于60 V,具有广阔的应用前景.
【总页数】3页(P163-165)
【作者】胡玉松
【作者单位】西华师范大学,四川南充 637002
【正文语种】中文
【中图分类】TP368.12;TN86
【相关文献】
1.一种基于单片机控制的逆变电源电路设计 [J], 田明儒
2.一种单片机控制的小功率逆变电源的设计 [J], 熊雯;张德源
3.一种基于单片机的计算机控制逆变电源软件设计 [J], 林宗洪;佘明辉
4.一种单片机控制的车载逆变电源设计与研究 [J], 夏兴国;项萌;宁平华
5.一种单片机控制的新型开关逆变电源的设计 [J], 黎书生;周功业;汪惊奇
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单片机的正弦波输出逆变电源的设计引言正弦波输出逆变电源是一种将直流电能转换为交流电能的电子设备。
它通常使用高频开关电路和滤波电路来实现，其中单片机作为控制核心，通过合理的算法实现正弦波输出。
本文将详细介绍单片机的正弦波输出逆变电源的设计。
一、逆变电源的基本原理逆变电源的基本原理是将直流电源转换成交流电源。
其过程主要分为两个步骤：第一步是将直流电源通过高频开关电路进行变换，得到一个方波电压；第二步是通过滤波电路，将方波电压转换为正弦波电压。
单片机的作用主要是控制高频开关电路的开关时间和频率，以及正弦波的频率、幅值和相位。
二、逆变电源的设计要求1.输出电压幅值和频率稳定，符合工作要求；2.高频开关电路的开关频率和占空比可以根据需要进行调整；3.对输出电流和电压进行保护，防止过流和过压等问题；4.控制算法简单实用，易于实现。
三、逆变电源的设计流程1.确定逆变电源的工作要求，包括输出电压、频率和功率等参数；2.根据要求选择合适的高频开关电路和滤波电路，确定开关元件和滤波元件的参数；3.设计单片机的控制电路，包括输入电路、输出电路和控制算法等；4.开发逆变电源的控制程序，编程实现正弦波的生成和输出；5.对逆变电源进行电路调试和性能测试，进行优化和改进；6.进行逆变电源的实际应用，检验其性能和可靠性。
四、逆变电源的主要设计问题1.高频开关电路的设计高频开关电路是逆变电源的核心部分，其性能会直接影响电源的输出质量。
在设计高频开关电路时，需要注意选择合适的开关元件和驱动电路，保证开关频率和占空比的稳定性。
同时，还需要考虑功率损耗、电磁干扰等问题。
2.单片机控制算法的设计单片机的控制算法决定了正弦波的生成和输出质量。
常用的控制算法有PWM控制、SPWM控制和SVPWM控制等。
在设计控制算法时，需要根据输出要求选择合适的算法，并进行模拟仿真和实际测试，以得到最佳的输出效果。
3.滤波电路的设计滤波电路是将高频开关电路输出的方波电压转换为正弦波电压的关键部分。
一种基于单片机的逆变电源系统的设计
1、引言
近来,逆变电源在各行各业的应用日益广泛。
本文介绍了一种以16 位单片机
8XC196MC 为内核的逆变电源系统的设计。
8XC196MC 片内集成了一个3 相波形发生器WFG，这一外设装置大大简化了产生同步脉宽调制波形的控制软件
和外部硬件，可构成最小单片机系统同时协调完成SPWM 波形生成和整个系
统的检测、保护、智能控制、通讯等功能。
2、电源系统的基本原理
该电源由蓄电池输入24V 直流电，然后通过桥式逆变电路逆变成SPWM 波形，经低通滤波器得到正弦波输出。
SPWM 波形由8XC196MC 的3 相波形发生器WFG 产生，可输出所需电压和频率的正弦波。
3、系统硬件设计该逆变电源系统可实现调频、调压功能。
通过A/D 转换，自动反馈调节电压，使输出波形稳定。
三相电压值、频率可用数码管显示，通过使用MAX232E 可与PC 机通讯，实现远程控制与监测。
该系统的硬件框图如图1 所示。
3.1 SPWM 波形产生电路
SPWM 波形是由8XC196MC 的专用寄存器WFG 控制下完成的。
WFG 的功能特点：
片内有3 个同步的PWM 模块，每个模块包含一个相位比较寄存器、一个无信号时间(dead time)发生器和一对可编程的输出。
WFG 可产生独立的3 对PWM 波形，但它们有共同的载波频率、无信号时间和操作方式。
一旦起动以后，WFG 只要求CPU 在改变PWM 的占空比时加以干预。
工程师：一款基于PIC单片机的逆变电源电路设计
针对现代电源变频调幅的要求，提出了利用PIC16F873产生SPWM波控制IR2136触发IGBT产生PWM波作用于逆变器产生标准的正弦波形，从而实现变频调幅。
同时利用AD模块对逆变桥输出进行采样并进行滤波处理，实现对系统的PI闭环控制。
通过MATLAB中的SIMULINK组件进行仿真分析，结果表明此方案输出电压动态响应速度快，具有良好的精度控制及实时性、波形失真小、可靠性高。
随着科学技术的进步，电源质量越来越成为各种电气设备正常和良好工作的基础。
电源技术领域的一个持续的研究课题即是研究作为电子信息产业命脉的电源的可靠性和稳定性。
而逆变器作为电源的核心部分，其调制技术很大程度上决定了电源输出电压的质量。
目前最常用的调制技术是正弦脉宽调制(SPWM)。
随着单片机的出现及其广泛应用，智能化控制方法已经逐渐替代传统的分立元件电路产生方法或是专用芯片产生方法。
智能化逆变电源的优势在于它不仅能实现调制信号的输出，还为系统数据参数的监控、处理及显示提供接口。
同时它与现代计算机技术更好地结合产生了故障自诊断和自我保护功能，可提高系统的稳定性。
在充分考虑工业控制成本及稳定性要求的前提下，本设计采用PIC单片机作为控制核心，再辅助相关外部电路，组成一个具有稳定和智能化等优点的逆变电源控制系统。
具体电路设计
单相桥式逆变电路如图1所示。
电路正常工作情况下，两对开关管需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制，使VT1、VT4同时通断和VT2、VT3同。
基于ＰＩＣ单片机的纯正弦车载逆变电源设计作者：黄靖来源：《海峡科学》2008年第08期[摘要] 设计一款以PIC单片机为控制核心的车载逆变电源，单片机作为正弦脉冲宽度调制（SPWM）的控制器，提供稳压、欠压保护等功能，把汽车蓄电池的12V直流电转变成220V 纯正弦交流电。
[关键词] 车载逆变电源正弦脉宽调制单片机1 引言随着社会的发展，人民生活水品的不断提高，汽车逐渐进入了大众的家庭中，有车族们已经不仅仅将汽车作为一种代步工具了，而开始将其作为一种享受生活的工具。
有车族在户外需要使用的电子设备越来越多，例如汽车音响、车用DVD、车用冰箱、手提电脑、手机充电器和各种电源适配器等等，而这些电子设备一般都需要用市电220V供电，汽车所能提供的电源是蓄电池，一般小车是12V，因此要使用这些设备必须配备电源转换器，即车载逆变电源。
车载逆变电源一般使用汽车电瓶或者点烟器供电，将汽车蓄电池的 12V直流电转变成一般电器所需要的220V交流电。
在发达国家车载逆变电源是每辆车必须具备的。
据统计，国内配备这种转换器的车辆还不足20%，加之每年汽车销售量居高不下，因而电源转换器在国内有很大的市场前景。
传统车载逆变电源都是准正弦波的逆变电源，也就是输出的交流电是方波220V，多采用PWM集成控制芯片控制逆变电路输出，如SG3525或TL494，存在着输出谐波大，效率低等问题，适用的负载较窄。
本文介绍了一种输出为稳定、平滑的纯正弦波的车载逆变电源，以PIC单片机作为主控制器，产生逆变器的SPWM信号，经输出滤波后可等到标准的正弦波，同时具有稳压、过流保护、欠压保护等功能，使逆变电源的适用负载更广。
2 纯正弦车载逆变电源系统原理纯正弦车载逆变电源系统原理如图1所示，主电路部分：蓄电池的12V直流电通过DC/DC升压电路升压为350V的高压直流电，DC/AC逆变电路将高压直流电转变为交流SPWM波，通过LC滤波后得到纯正弦的220V/50HZ交流电。
基于AVR单片机的数字正弦逆变电源设计陈富;黄大贵;黄逸平【摘要】提出一种高性能的直流-交流(DC-AC)数字式正弦逆变电源的设计方法.采用SG3525A与AVR系列单片机ATP0PWM2作为控制器进行设计.SG3525A产生PWM波进行前端的推挽升压控制,通过直流母线上高电压的负反馈,使得全桥逆变的输入电压保持稳定.AT90PWM2的波形发生器产生SPWM波形对后级全桥逆变进行控制,通过采样全桥逆变后的输出电流以及输出电容电压,实现双闭环控制,使得逆变电源在各种不同类型负载条件下都能具备良好的输出特性以及负责效应.实验结果表明:1 kW样机性能稳定,逆变效率大于90%,在不同种类的满功率的负载条件下均能保持电压精度为220 V±1%,频率精度50 Hz±0.1%,THD小于1%.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2010(018)008【总页数】3页(P165-167)【关键词】数字式;逆变电源;AT90PWM2;双闭环控制;SG3525A【作者】陈富;黄大贵;黄逸平【作者单位】电子科技大学机械电子工程学院,四川成都611731;电子科技大学机械电子工程学院,四川成都611731;电子科技大学机械电子工程学院,四川成都611731【正文语种】中文【中图分类】TM46逆变电源应用广泛，特别是精密仪器对逆变电源性能要求更高。
好的逆变电源不仅要求工作稳定、逆变效率高、输出的波形特性好、瞬态响应特性好，还要求逆变电源小型化、智能化、并且具备可扩展性[1]。
因此，这里提出一种基于AVR系列单片机AT90PWM2的数字正弦逆变电源，前级SG3525A采用PWM控制升压电路实现输入和过热保护。
后级单片机AT90PWM2使用单极性倍频SPWM控制方式进行全桥逆变，且进行输出保护。
1 总体设计及工作原理逆变电源的系统整体框图如图1所示，系统的主电路采用前级推挽升压和后级全桥逆变的2级结构[2]，这样可以避免使用工频变压器，有效降低电源的体积和质量，提高逆变效率。
基于STM32的正弦波逆变器设计项目分享基于STM32的正弦波逆变器设计项目分享•给大家分享一个基于STM32单片机的正弦波逆变器设计项目。
概要：大家知道，市电或其他的交流电可以通过二极管或可控硅的单向导电性整流成直流电供给需要使用直流电的场合。
这种把交流电变换成直流电的过程我们叫做整流，也叫做顺变。
那么逆变呢？我们自然地就会想到，应该就是把直流电变换成交流电的过程。
逆变电源就是相对于整流器而言通过半导体功率开关器件的开通和关断把直流电变换成交流电的这么一个装置。
逆变电源也叫做逆变器，附件里分单元地讲一下逆变器主要的单元电路。
主要内容为：一．电池输入电路二．辅助电源电路1. 12V 电池输入的辅助电源电路2. 24V-48V电池输入的辅助电源电路3. 多路隔离辅助电源电路三．高频逆变器前级电路的设计1. 闭环前级变压器匝数比的设计2. 准开环前级变压器匝数比的设计四．高频逆变器后级电路的设计1. 米勒电容对高压 MOS 管安全的影响及其解决办法2. IR2110应用中需要注意的问题3. 正弦波逆变器 LC 滤波器的参数五．逆变器的部分保护电路1. 防反接保护电路2. 电池欠压保护3. 逆变器的过流短路保护电路的设计4. IGBT 的驱动和短路保护电路相关文件教程逆变电源设计概要.PDF描述：逆变电源设计概要其他文件SPWM生成软件.zip描述：SPWM生成软件电路图文件原理图和PCB.zip描述：原理图和PCB源代码逆变器控制软件.zip描述：逆变器控制软件。
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设计中采用了DC／DC和DC／AC两级变换,高频变压器隔离,单片机控制。
实验结果表明性能可靠。
关键词：逆变电源;单片机;正弦脉宽调制O 引言低压小功率逆变电源已经被广泛应用于工业和民用领域。
特别是新能源的开发利用,例如太阳能电池的普遍使用,需要一个逆变系统将太阳能电池输出的直流电压变换为220V、50Hz交流电压,以便于使用。
本文给出了一种用单片机控制的正弦波输出逆变电源的设计,它以12V直流电源作为输入,输出220V、50Hz、0~150W的正弦波交流电,以满足大部分常规小电器的供电需求。
该电源采用推挽升压和全桥逆变两级变换,前后级之间完全隔离。
在控制电路上,前级推挽升压电路采用SG3525芯片控制,采样变压器绕组电压做闭环反馈;逆变部分采用单片机数字化SPWM控制方式,采样直流母线电压做电压前馈控制,同时采样电流做反馈控制;在保护上,具有输入过、欠压保护,输出过载、短路保护,过热保护等多重保护功能电路,增强了该电源的可靠性和安全性。
该电源可以在输人电压从10．5V到15V变化范围内,输出220V±10V的正弦波交流电压,频率50Hz±O．5Hz,直流分量<lV,电压波形畸变率<5％,并且有很强的过载能力。
由于采用了单片机数字化SPWM控制方式,控制灵活方便,可以在不改变电路结构的条件下,只改变程序,使逆变器输出110V、60Hz正弦波交流电,以适应不同用户的需求。
l 主电路逆变电源主电路采用推挽升压和全桥逆变两级变换,如图1所示。
输入电压一端接在变压器原边的中间抽头,另一端接在开关管S1及S2的中点。
控制S1及S2轮流导通,在变压器原边形成高频的交流电压,经过变压器升压、整流和滤波在电容C1上得到约370 V直流电压。
对S3～S6组成的逆变桥采用正弦脉宽调制,逆变输出电压经过电感L、电容C2滤波后,最终在负载上得到220 V、50 Hz的正弦波交流电。
采用高频变压器实现前后级之间的隔离,有利于提高系统的安全性。
输入电压10．5～15 V,输入最大电流15 A,考虑一倍的余量,推挽电路开关管S1及S2耐压不小于30 V,正向电流不小于30 A,选用IRFZ48N。
升压高频变压器的设计应满足在输入电压最低时,副边电压经整流后不小于逆变部分所需要的最低电压350 V,同时输入电压最高时,副边电压不能过高,以免损坏元器件。
同时也必须考虑绕线上的电压降和发热问题。
选EE型铁氧体磁芯,原副边绕组为7匝：300匝。
关于高频变压器的设计可以参考文献。
变压器副边输出整流桥由4个HER307组成．滤波电容选用68µF、450 V电解电容。
根据输出功率的要求,输出电流有效值为0 6～O.7 A,考虑一定的电压和电流余量,逆变桥中的S3～S6选用IRF840。
逆变部分采用单极性SPWM控制方式,开关频率fs=16 kHz。
假没滤波器时间常数为开关周期的16倍,即谐振频率取1 kHz,则有滤波电感电容LC≈2．5×10-3,可选取L=5 mH,C=4．7µF。
滤波电感L选用内径20 mm,外径40 mm的环形铁粉芯磁芯,绕线采用直径O．4 mm的漆包线2股并绕,匝数180匝。
2 数字化SPWM控制方法该逆变电源的控制电路也分为两部分。
前级推挽升压电路由PWM专用芯片SG3525控制,采样变压器绕组电压实现电压闭环反馈控制。
后级逆变电路由单片机PICl6C73控制,采样母线电压实现电压前馈控制。
前级控制方法比较简单,在这里主要介绍后级单片机的数字化SPWM控制方式。
2.l 正弦脉宽调制SPWM正弦脉宽调制SPWM技术具有线性调压、抑制谐波等优点,是目前应用最为广泛的脉宽调制技术．一般用三角波µc作为载波信号,正弦波ug=UgmSin2πfgt作为调制信号,根据µ和µg的交点得到一系列脉宽按正弦规律变化的脉冲信号。
则可以定义调制比m=Ugm／Ucm,频率比K=fc／fa=Tg／Tco。
正弦脉宽调制可以分为单极性SPWM和双极性SPWM。
双极性SPWM的载波为正负半周都有的对称三角波,输出电压为正负交替的方波序列而没有零电平,因此可以应用于半桥和全桥电路。
实际中应选择频率比K 为奇数,使得输出电压µo具有奇函数对称和半波对称的性质,µc无偶次谐波。
但是输出电压µc中含有比较严重的n=K次中心谐波以及n=jk±6次边频谐波。
其控制信号为相位互补的两列脉冲信号。
单极性SPWM的载波为单极性的不对称三角波,输出电压也是单极性的方波。
因为输出电压中包含零电平,因此,单极性SPWM只能应用于全桥逆变电路。
由于其载波本身就具有奇函数对称和半波对称特性,无论频率比K取奇数还是偶数输出电压Uo都没有偶次谐波。
输出电压的单极性特性使得uo不含有n=k次中心谐波和边频谐波,但却有少量的低频谐波分量。
单极性SPWM的控制信号为一组高频(载波频率fe)脉冲和一组低频(调制频率fk)脉冲,每组的两列脉冲相位互补。
由三角载波和正弦调制波的几何关系可以得到,在k》l时,高频脉冲的占空比D为2．2 PIC单片机的软件实现PICl6C73是Microchip公司的一款中档单片机,它功能强大而又价格低廉。
PICl6C73内部有两个CCP(Capture、Compare、PWM)模块,当它工作在PwM模式下,CCP x引脚就可以输出占空比10位分辨率可调的方波,图2为其工作原理图。
TMR2在计数过程中将同步进行两次比较：TMR2和CCPRxH比较一致将使CCPX引脚输出低电平;TMR2和PR2比较一致将使CCPx引脚输出高电平,同时将TMR2清O,并读入下一个CCPRxH值,如图3所示。
因此,设定CCPRxH值就可以设定占空比,设定PR2值就可以设定脉冲周期。
脉冲占空比D可以表示为在本设计中,全桥逆变器采用单极性SPWM调制方式。
CCP1模块用来产生高频脉冲,CCP2模块用来产牛低频脉冲。
选择16M晶振,根据脉冲周期Tc=[(PR2)+l]×4×4*Tosc和频率比k=Tg／Tc,可以取PR2=249,k=320,则有Tg=20 ms,高频脉冲序列每一一个周期中包含：320个脉冲。
设调制比m=0．92,将,t=TgN／320代入式(2),联立式(3)可以得到产生高频脉冲所需要的CCP1H的取值,第0～79个脉冲为CCP1H=230sin(πN/160) （4）式中：N为O→79。
考虑到正弦波的对称性,可以得到第80～159个脉冲为CCP1H=230sin[π×(80—N)／160] (5)根据脉冲的互补性,可以得到第160～239个脉冲为CCP1H=250—230sin(πN／160) (6)第240～319个脉冲为CCP1H=250—230Sin[π×(80一N)／160](7)因此,在程序中存储表格230sin(πN／160),N∈[0,79]就可以得到整个周期320个高频脉冲的CCP．H值。
第O～79点,CCP1H为正向查表取值;第80～159点,CCP1H为反向查表取值;第160～239点CCP1H为计数周期减去正向查表值;第240~319点CCP1H为计数周期减去反向查表值。
对于低频脉冲,前半个周期可以看成由占空比始终为1的高频脉冲组成,后半个周期看成由占空比始终为0的高频脉冲组成,因此,第O～159个脉冲,CCP2H=250,第160～319个脉冲,CCP2H=O。
图4为单片机_TMR2中断程序的流程图,在中断程序中查表修改CCPxL的值．就可以改变下一个脉冲的CCPxH值,从而修改下一个脉冲的占空比,实现SPWM控制。
3 实验结果实验中,输入电压变化范围为10．5~15 V,输出滤波电感5．3mH,滤波电容8µF,从空载到150W负载状态下都可以输出(220±10V)、50Hz的正弦波交流电压,如表1和表2所示。
图5和图6分别为空载和150W纯阻性负载条件下输出电压电流波形。
可以看出输出电压和电流波形良好,经测量电压波形的THD为3．6％。
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数字化SPWM控制灵活,电路结构简单,控制的核心部分在软件中,有利于保护知识产权。
欢迎进入老古开发网论坛进行讨论[电源技术] 相关文章:z 单级不对称半桥变换器的研究简介:摘要 ：单级PFC结构简单，成本低，详细地介绍了一种基于不对称半桥的单级不对称半桥变换器，分析了它的工作原理及主要参数选择，并用实验验证了其实现PFC和ZVS的特性。
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