基于單片機的小功率逆變器的設計與實(shí)現

摘要：為了提高逆變器的整體性能，以STC12C5A60S單片機為核心，設計并實(shí)現了一個(gè)小功率逆變器。通過(guò)單片機直接產(chǎn)生脈寬調制波，控制功率開(kāi)關(guān)器件組成的橋電路實(shí)現逆變。根據單片機對外部電位器上電壓的采樣值對輸出電壓的幅值進(jìn)行控制，使得輸出電壓幅度可調。采用數／模電路結合設計，使得逆變器的體積大大減小。硬件上的功能模塊化設計，使整個(gè)系統的檢測性和操控性大大加強。該逆變器電路簡(jiǎn)單，工作穩定可靠，且易于升級，具有較大的推廣應用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：逆變器；單片機；脈寬調制；功率開(kāi)關(guān)器

0 引言
逆變器是將汽流電能變換成交流電能的電氣裝置，通常用大功率高反壓電力電子器件來(lái)實(shí)現。太陽(yáng)能發(fā)電中，光電池陣列所發(fā)出的電為直流電。但是，大多數用電設備的供電為交流電，所以電力系統中常需要將直流電變換成交流電的逆變器。此外，逆變器在工業(yè)控制，通信、交通等領(lǐng)域的應用也非常廣泛。正弦脈寬調制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM)，是指以正弦波做調制波(Modulating Wa ve)，以F倍于正弦調制波頻率的三角波做載波(Carrier Wave)，進(jìn)行波形比較后產(chǎn)生一組幅值相等、寬度正比于正弦調制波的矩形脈沖序列，來(lái)等效正弦調制波。本文以STC12C5A60S單片機為核心，利用其內部?jì)陕房删幊逃嫈店嚵?PCA)模塊來(lái)模擬脈寬調制法，設計并實(shí)現了一個(gè)輸出電壓幅值可調的小型逆變器。

1 系統硬件設計
本文使用AltiumDesigner6．9完成硬件電路原理圖和PCB圖的設計。圖1是該設計的總體電路結構圖。

該設計實(shí)現的功能是將6 V的直流電通過(guò)三級功率變換(DC-HFAC-DC-LFAC)得到頻率為50 Hz，幅度為110 V的工頻交流電以供交流負載使用?，F將硬件電路各部分的具體設計和功能作如下描述。
1．1 電源模塊
使用直流到直流變換芯片MC34063與LM7805和LM7812組合得到12 V和5 V的直流電，為硬件電路的各模塊提供所需電源。
1．2 前級升壓模塊
通過(guò)SG3525芯片與其外圍電路產(chǎn)生兩路互補的高頻PWM(Pulse Width Modulation)脈沖波，用這兩路高頻脈沖波分別控制由兩個(gè)MOS(IRF 3205)管組成的單邊橋高頻逆變器，并與高頻變壓一起實(shí)現前級升壓。通過(guò)前級升壓，把6 V的直流電升到300 V左右的高頻交流電，為后面的工頻逆變做準備。
1．3 整流器與濾波模塊
4個(gè)二極管組成整流橋電路對前級升壓模塊輸出的高頻交流電進(jìn)整流，并且經(jīng)過(guò)LC濾波器進(jìn)行濾波作為工頻逆變橋電路的輸入。
1．4 工頻逆變器MOS橋電路驅動(dòng)模塊
該設計中驅動(dòng)工頻逆變器橋的4個(gè)MOS管使用IR2110芯片來(lái)完成。單片機產(chǎn)生的兩路SPWM控制信號經(jīng)過(guò)死區時(shí)間后作為2片IR2110的邏輯輸入。用2片IR2110芯片組成的驅動(dòng)電路輸出4路兩兩互補的信號，從而控制全橋逆變電路的上、下橋臂的通斷，實(shí)現逆變功能。