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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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基于STM32高性能全数字式正弦波逆变电源的设计方案摘要本文提出一种高性能全数字式正弦波逆变电源的设计方案。
该方案分为前后两级，前级采用推挽升压电路将输入的直流电升压到350V 左右的母线电压，后级采用全桥逆变电路，逆变桥输出经滤波器滤波后，用隔离变压器进行电压采样，电流互感器进行电流采样，以形成反馈环节，增加电源输出的稳定性。
升压级PWM驱动及逆变级SPWM驱动均由STM32单片机产生，减小了硬件开支。
基于上述方案试制的400W样机，具有输出短路保护、过流保护及输入过压保护、欠压保护功能，50Hz输出时频率偏差小于0.05Hz，满载(400W)效率高于87%，电压精度为220V±1%，THD小于1.5%.逆变电源应用广泛，特别是精密仪器对逆变电源的性能要求更高。
高性能逆变电源不仅要求工作稳定、逆变效率高、输出波形特性好、保护功能齐全，还要求逆变电源小型化、智能化、并且具备可扩展性。
文中提出一种基于STM32系列单片机STM32F103VE的纯数字式正弦逆变电源，该电源的全部功能由单片机控制实现，具有输出电压、频率稳定，效率高，保护功能齐全的特点。
系统设计系统的整体框架如图1所示。
系统采用高频逆变方案，即前级升压加后级逆变的结构，这样可以避免使用笨重的工频变压器，有效的降低了电源的体积、重量及成本，提升电源的效率。
电路的工作原理是，12 V的直流输入电压经过滤波后由推挽升压和全桥整流升压到350 V的直流母线电压，再经过全桥逆变电路转变为220 V/50 Hz的工频交流电，采样电路对相应点进行采样，以实现闭环控制及保护功能。
由于大电流条件下，功率管驱动信号占空比过小会导致发热严重，效率降低，故逆变电源的前级采用准开环的控制方式，即输入电压在一定范围内时，驱动信号占空比开到最大并保持不变，输入电压过高时，减小占空比，维持母线电压在一定范围内。
这样做的好处是，可以使前级升压获得较高的效率。
单片机与智能电网的结合构建智能能源管理系统近年来，在能源领域的快速发展中，智能电网作为一种新兴的能源管理系统备受瞩目。
智能电网的核心是通过集成与信息通信技术，实现能源的高效利用和管理。
而在智能电网系统当中，单片机起着重要的作用，可以实现对能源的计量、监控和控制等功能。
本文将探讨单片机与智能电网的结合，构建智能能源管理系统的相关技术及应用。
一、单片机在智能电网系统中的作用单片机是一种在微型计算机领域中应用广泛的芯片，拥有较高的计算能力和控制能力。
在智能电网系统中，单片机可以作为终端设备，实现对能源设备的数据采集、处理和控制。
通过单片机与传感器的结合，可以实时监测电能消耗、能源负载等数据，并将数据传输到智能电网系统中。
二、智能能源管理系统的构建智能能源管理系统是指通过信息通信技术和计算机技术对能源进行监测、计量、控制和管理的系统。
在系统的构建中，单片机的应用是关键的一环。
下面将介绍智能能源管理系统的几个关键技术。
1. 数据采集与传输技术为了实现对能源设备的实时监测，需要通过传感器对能源设备进行数据采集。
单片机通过与传感器的连接，可以准确采集能源设备的电量、功率、电流等信息，并将数据传输到智能电网系统中。
数据传输可以通过有线方式（如串口、以太网）或者无线方式（如无线传感器网络）实现。
2. 数据处理与分析技术智能能源管理系统需要对采集到的能源数据进行处理和分析，从而实现对能源的监控和管理。
单片机具备较强的计算能力和存储能力，可以实现对大量的数据进行实时处理与分析。
通过算法的运算，可以得到能源消耗的趋势、能源需求的预测等信息，提供决策支持。
3. 远程监控与控制技术通过单片机与智能电网系统的连接，可以实现对能源设备的远程监控和控制。
通过互联网或者局域网的方式，智能电网系统可以实时接收并处理来自单片机的数据，同时将控制指令反馈给单片机，实现对能源设备的远程控制。
这样，用户可以方便地监控和管理能源的使用。
三、智能能源管理系统的应用智能能源管理系统可以广泛应用于家庭、工业、商业等不同领域。
摘要本设计是基于单片机STC而设计的纯正弦波逆变电源。
额定输入电压为12V 的直流电，输出为50Hz,220V的交流电。
额定输出功率为300W。
设计了全方位的保护电路。
包含了可以根据温度来控制散热风扇的开启。
实现了输入低压、过压的关断功能。
当输入的电压过低时，停止逆变，可以防止损坏蓄电池，当输入的电压过高时，停止逆变，可以防止损坏芯片。
拥有输入防反接功能，当输入正负极接错时，关断输入与后级电路的连接，不会烧坏芯片或蓄电池。
采用了一个液晶屏来显示输出的电压，输出频率等信息。
采用了两个发光二极管来指示工作状态。
采用了一个蜂鸣器，当产生错误时，发出蜂鸣报警。
输出的交流电为标准的正弦波，而不是方波或修正波，可以实现更宽围的带负载能力。
根据测试，转换效率在85%以上，输出稳定，达到了良好的实验效果。
关键词：单片机，逆变电源，正弦波，反接保护AbstractThe design is based on STC microcontroller designed for pure sine wave inverter. Rated input voltage of 12V DC, output is 50Hz, 220V AC. Rated output power of 300W. Designed a full range of protection circuits. Can be included to control the temperature on the cooling fan. Achieve a input voltage, overvoltage shutdown function. When the input voltage is too low, the inverter is stopped, to prevent damage to the battery, when the input voltage is too high, the inverter is stopped to prevent damage to the chip. Has the input anti-reverse function when the input is negative then the wrong time, and after the shutdown input stage circuit connections will not burn chips or batteries. Uses a liquid crystal screen to display the output voltage, output frequency and other information. Uses two light emitting diodes to indicate the operating status. Uses a buzzer when an error occurs, the alarm beeps. The standard AC output sine wave, rather than a square wave or modified wave, a wider range can be achieved with a load capacity. According to the test, the conversion efficiency of more than 85%, stable output, to achieve a good experimental results.Key Words:MCU,Inverter,Sine wave, reverse polarity protection目录1引言41.1系统研究的背景41.2 系统研究的意义52 系统的工作原理与结构52.1系统的工作原理52.2系统的硬件结构92.3系统的软件设计103 系统的硬件设计113.1主控制器113.2 DC-DC模块123.3 DC-AC模块163.4 保护模块213.5直流5V电路设计233.6显示与报警模块234.系统的软件设计244.1开发环境介绍254.2 SPWM程序设计284.4液晶驱动程序设计344.5 输出采样程序设计385完毕语40致41参考文献41附录一系统原理图42附录二系统源程序错误!未定义书签。
基于ATmega8单片机控制的智能化正弦波逆变电源
0引言
在风电行业中，经常需要在野外对风机进行维修，这时必须为各类维修工具和仪器进行供电。
因此，设计一种便携式。
低功耗。
智能化的正弦逆变电源来为这些设备供电是十分必要的，可大大提高维修风机的效率。
本文正是基于这种情况下而设计的一种基于单片机的智能化正弦逆变电源。
1 正弦逆变电源的设计方案
本文所设计的逆变器是一种能够将DC 12V直流电转换成220V正弦交流电压，并可以提供给一般电器使用的便携式电源转换器。
目前，低压小功率逆变电源已经被广泛应用于工业和民用领域。
特别是在交通运输。
野外测控作业。
机电工程修理等无法直接使用市电之处，低压小功率逆变电源便成为必备的工具之一，它只需要具有一块功率足够的电池与它连接，便能产生一般电器所需要的交流电压。
由于低压小功率逆变电源所处的工作环境，都是在荒郊野外或环境恶劣。
干扰多的地方，所以对它的设计要求就相对很高，因此它必须具备体积小。
重量轻、成本低、可靠性高、抗干扰强、电气性能好等特点。
针对这些特点和要求，研究一种简单实用的正弦波逆变电源，以低价实惠而又简单的元器件组成电路来满足实际要求，定会受到市场的普遍欢迎。
当前，设计低功率逆变电源有多种方案，早期的设计方案是直接将直流电压用双开关管进行控制，在50Hz方波的作用下，产生220V的方波逆变电压。
但随着用电设备对逆变电源性能的要求不断的提高，方波逆变电源在多数场合已被淘汰，而正弦波逆变器的应用已成为必然趋势。
现在，市场上低功率正弦波逆变电源的主要设计方案有3种。
基于单片机的逆变电源设计摘要：为了适应当今新能源发展速度，逆变电源技术也在不断更新换代。
本文介绍了一款基于STM32芯片的SPWM逆变电源系统。
采用BOOST升压技术和SPWM逆变技术，将180V的直流电转换成220V的工频优质正弦交流电。
直流电经过升压斩波电路进入控制电路，在经过LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波交流输出。
本系统由升压模块，逆变模块，控制模块，反馈模块，保护模块构成具有良好的性能并实现了数字智能化为家用电器提供了一种可靠、优质的交流电源。
关键词：STM32逆变电源SPWM升压斩波电路1.课题研究背景和意义在日新月异的今天，新能源的应用范围越来广阔，而对于如何将其所转化的电输入到电网或者设备所需要的稳压恒频、体积小、重量轻、噪音低、效率高的交流电成为了成为逆变电源研制领域所要解决的问题。
逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它的作用是将输入的高低不同压，大小不同频的电转化为电网、设备、用户所需频率的交流电输出。
目前逆变电源所跨领域之大，所涉范围之广逆变电源的改进不仅能在新能源中有着不可缺少的作用，还在车载电器、野外作业、应急抢险和移动办公中有着重要的地位；而各行各业要求着逆变电源朝着更高的效率，更低的成本和更高的可靠性，还必须环保无污染，但是传统的逆变电源难以实现以上要求。
因而研究数字化、模块化的绿色逆变电源技术对当今提出的节能，高效，绿色，环保工业口号实现具有重要意义。
1.课题研究内容本论文基于当前新能源发展活跃的背景下市场对逆变电源特定负载性能和外特性功能要求下，设计了一种还具备安全可靠、高效、高功率因素、低噪音、绿色无污染的基于STM32单片机芯片的逆变电源。
1.系统总体设计1.系统设计指标采用STM32单片机作为控制主控芯片来设计一款能产生可靠、优质的交流正弦逆变电源。
开关频率：21.5KHz输入电压：直流电48V输出电压：交流电220V/50Hz输出功率：5kw逆变效率：90％1.1.总体设计方案本文采用TL494芯片与 STM32芯片来分别控制前一部分直流升压电路和后一部分的逆变电路。
单片机实现实时跟随电网的优质逆变电源方案
1 引言
随着人类社会的进步和生产技术的飞速发展，能源已成为制约人类生存环境的世界性问题。
为了能应对未来社会对能源的巨大需求，一方面要求各行业改进工艺技术，最大限度地节能降耗，同时减少环境污染;另一方面，需要开发研究各类再生能源的利用途径和技术，最大限度的发挥能源效益。
随着太阳能、风能的大批量开发利用，其独立发电系统已越来越多地进入了人类的生活，逐渐发挥着越来越大的作用，其并网运行技术的研究也已广泛展开，再生能源的高效优质并网馈电技术也因此越来越受到重视。
同时，在机械动力设备的生产过程中，也存在着大量的能源浪费，比如动力机械出厂前的性能测试、动机工程机械的调试等，这些能源也是可以得到再生利用的。
通过适当的变换，这些能源均可转换为电能，一方面可以供应本单位或局部电力用户使用，同时在供应富裕时也可以并网回馈。
实现这一变换，就需要研究输出特性好，且能方便控制相位、幅值、频率的高正弦度电压型功率变换器。
开关线性复合式电压型功率变换器，采用开关—线性复合功率变换技术，具有良好的动、静态输出特性。
其主要特点是:
(1) 输出的电压波形几乎完全相似于给定的参考波形，当给定为正弦波时，逆变输出也为无谐波的正弦波;
(2) 对系统的负载适应性强，可适应于各类负载;
(3) 抗负载扰动能力强，突加或突卸负载时对输出波形影响小;
(4) 由于控制系统采用了单片机及专用波形产生芯片sa4828，使得系统控制方便，可靠性较高，可以方便地构成闭环控制和实现多台电压型功率逆变器的并联运行;
(5) 由该电压型功率逆变器构成的再生能源系统在向负载供电的同时，可以将富裕的电能回送电网，其回送过程基本不受负载性质、电网电压波动的影响。
2 主体方案的设计
2.1 系统构成与工作原理
单片机控制的开关线性复合式电压型功率逆变器系统原理框图如图1所示。
图1 功率逆变器系统原理框图
在图1中，再生能源(可以是太阳能发电场、风能发电场或动力机械生产企业在产品测试过程中的回收的电能等)通过整流送入逆变回馈系统。
逆变主电路采用六个功率igbt作为开关器件，在控制系统控制下，逆变出基波和参考电压(可为电网取样电压，亦可为信号源产生的参考信号电压)同频同步的正弦电压波形，通过lc滤波输出到开关线性复合的线性输出级。
2.2 spwm控制方案
由于各种集成电路层出不穷，微控制器型号繁多，控制方案的不同选择就会直接影响电源整体的复杂程度，可靠程度。
采用数字控制至少有以下三种方案:
(1) 用软件产生spwm控制波形;
(2) 用带有专门产生pwm控制波形的微控制器;
(3) 微控制器加上专用spwm波形产生芯片。
在第一种方案，软件编程量大，cpu要花大量的时间用以产生spwm控制波形，考虑到中断等因素，波形产生精度不高;第二种方案不失为一种较好的选择，软件编程相对较简单，可靠性高。
但该专用芯片不易实现实时采集跟踪一个已知电压波形，且很难再输出一路采样信号供开关线性复合后级驱动;第三种方案中，软件编程最简单，cpu对波形产生的处理时间最小，保证了波形具有较高的精度，并且硬
件连接也较为简单。
具体的说，就是采用单片机mcs—8051加上spwm波形产生芯片sa4828。
目前51系列单片机应用较广，性能较高，一般都能满足小系统的需要。
a4828是一种性能较优的spwm波形产生芯片，它在本系统中不仅作为spwm波形发生器，还作为开关线性复合电路后级线性级驱动信号发生器。
因为它有一个引脚wss，在输出spwm调制信号的同时能输出调制波信号的采样值，用这个信号滤波后正好可以作为开关线性复合电路的驱动信号。
系统采用霍尔电压传感器同步检测电网电压，经滤波和锁相电路产生同步信号，经真有效值变换芯片ad737得到采样电压的真有效值信号送单片机处理，进而控制sa4828同步产生spwm控制脉冲。
3 程序框图及编程
3.1 sa4828特点及工作原理
sa4828是一种专用于三相spwm信号发生和控制的集成芯片。
它可以单独使用，也可与大多数型号的单片机接口。
该芯片的主要特点为:全数字控制;兼容intel系列和motorola系列单片机;输出调制波频率范围0～4khz;16位调速分辨率;载波频率最高可达24khz，内部rom 固化三种可选波形;可选最小脉宽和延迟时间(死区);可单独调整各相输出以适应不平衡负载;可快速封锁输出spwm脉冲，看门狗定时器等。
它可接受来自单片机送来的有效值和锁相信号，根据初始化设定状态自动产生正弦波spwm控制脉冲，不需其他微处理器干预。
通过脉冲删除电路，删去只增加开关管损耗的极窄的脉冲，通过脉冲延迟电路生成死区，保证任何桥臂上的两个开关管不会在状态转换期间短路。
看门狗定时器用来防止程序跑飞，当时间条件满足时快速封锁输出。
3.2 程序软件设计
对sa4828的控制是通过在初始化时写入48位控制寄存器字来实现的。
初始化寄存器在逆变电源工作前写入，并且在运行过程中不能改变，控制寄存器用来在逆变电源运行过程中改变电压频率等，它的写入必须在初始化寄存器之后进行。
初始化寄存器所设置的参数有:
载波频率设定、输出调制频率范围、脉冲延迟时间、最小脉宽删除、调制波形选择、幅值控制、看门狗时间常数设定等;控制寄存器所设置的参数有:输出调制频率、输出调制波幅值、输出禁止、正反转选择、计数器复位控制、看门狗选择、软件复位控制等。
主程序流程图如图2所示。
图2 主程序流程图
为减小数字滤波数据处理时间，提高系统实时性，数字滤波采用移动平均滤波法，每计算一次测量值，只需采样一次，所以大大加快了数据处理速度。
4 逆变主电路结构
逆变主电路采用开关线性复合结构，转换为直流电的再生能源供给逆变系统工作，前级为开关逆变级，后级为线性级，如图3所示。
从
电网取样来的参考电压信号vref经锁相电路得到同步信号，再经ad737转换为有效值信号送51单片机处理;来自单片机的控制信号通过
spwm专用产生和控制芯片产生spwm控制脉冲，驱动开关逆变级进行正弦波逆变;从wss端输出的采样信号经后级信号处理，作为线性级的同步驱动信号，从而得到跟随电网电压、抗负载扰动能力强的正弦波电压能量，通过变压器升压耦合驱动电力负载或回馈电网。
虽然增加了一级线性级，该级功率管仅仅工作在临界饱和状态(通过控制前级逆变幅值和后级驱动信号的相位幅值实现)，所以该级的效率可作到接近98%。
同时还可以适当降低开关级的开关频率和开关损耗，使总效率并不降低或略有降低，但却换来了很好的输出特性、很强的负载适应性和抗负载扰动能力，这对电压型逆变系统来说是十分重要的。
图3 主电路结构图
本文的实验研究中，逆变器选用功率igbt，逆变输出经lc低通滤波后送功率缓冲器，再经1:1.5的升压变压器输出或回馈电网。
实验波形如图4所示。
图4 功率逆变电网回馈系统电压电流波形
图4(a)为开关线性复合功率变换技术中线性级—功率缓冲器的输入输出电压波形，测试点为线性级的输入和输出，即输出变压器的原边侧(外侧为逆变后经lc滤波送到功率缓冲器的电压波形，里侧为功率缓冲器的输出电压波形。
可见，加上功率缓冲器后一方面逆变电源的抗负载扰动能力大大增强的同时，也能将多余的纹波电压降落在功率缓冲器上，使回馈电压波形得到净化。
同时可看出，降落在线性级i gbt管上的只是很小的纹波电压，只相当于管子的管饱和压降，功耗并不大。
通过计算和测试，该线性级的效率在90～95%之间。
图4(b)为开关线性复合功率变换器在接电阻负载时电压电流波形(外侧为电压，内侧为电流)。
输出交流电压有效值为232v，电流为3a，通过一个1.5ω电阻取样在示波器上显示。
波形图显示，功率变换器的输出电压电流正弦度较好。
图4(c)为突加负载时的电压电流波形(外侧为电压，内侧为电流)。
示波器显示的是升压变压器原边的电压电流。
输出交流电压有效值223.
5v，突加负载(电流为3a)后的电压为220v，幅值降落约1.4%。
可见，抗负载扰动能力较强。
而不加线性输出级时(相当于通常的开关逆
变电源)在突加同样负载时，电压幅值降落大约15～18%。
实验中，采用阻感负载和容性负载时，也得到了相同的结论。
可见，该开关线性复合电压型功率变换器的负载适应性和负载鲁棒性较强。
图4(d)为回馈电网时的电压电流波形(外侧为电压，内侧为电流)。
由于电网电压中含有一定谐波，为非正弦波，因此，电流波形为非正弦波形。
通过理论分析知，即便电压型功率变换器的输出电压和电网电压波形完全相同，只要电压中含有谐波，电压型回馈时电流就为非正弦波。
同时也可看出，回馈的电压电流不完全同相位，这是因为功率变换器输出的电压和电网电压存在有15μs左右的相位差。
当该相位差调整为5μs以下时，可以做到回馈的电压电流基本同相位。
6 结束语
本系统采用低价位、性能优的单片机及专用spwm控制芯片来实现同步跟随电网的优质电压型逆变电源，其控制简单方便，输出电压的负载适应性强，抗负载扰动能力强，具有很好的输出特性。
同时由于相位和幅值可以方便的控制，因此可以方便地进行多台逆变电源的并联运行，同时亦可方便地实现并网回馈，为再生能源的开发利用提供了一种可行的方案选择。
