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DC-AC正弦波逆变器11 2009年全国大学生电子设计竞赛 DC-AC正弦波逆变器 参赛队员：指导教师： 题目名称：DC-AC正弦波逆变器 摘要：本系统采用16位单片机Mega 16 为控制核心，实现DC-AC 正弦波逆变器的基本功 能。整个系统包括五个部分：DC-DC 部分、DC-AC 部分、数控部分、输入输出部分和电源 部分。系统的硬件部分包括：DC-AC 逆变及MOSFET 驱动电路、DC-DC 稳压及升压电路、 电源电路、控制部分、串行通讯、12864 液晶显示部分、4*4 键盘部分七大部分。控制主要 部分和SPWM的产生由Mega 16 单片机实现；按键部分选择4*4 矩阵键盘来实现。软件部 分应用单片机C 语言实现了本设计的各部分控制功能。 关键词：mega16 IR2111 开关电源 IRF540 随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，而逆变电源的作用则更是越来越重要。当铁路、冶金等行业的 一些大功率非线性用电设备运行时，将给电网注入大量的谐波，导致电网电压波形畸变。根 据我们的实验观察，在发生严重畸变时，电压会出现正负半波不对称，频率也会发生变化。 这样的供电电压波形，即使是一般的电力用户，也难以接受，更无法用其作为检修、测试的 电源。同时，在这种情况下，一般的稳压电源也难以达到满意的稳压效果。为此，我们设计 了该逆变电源。 本报告着重介绍先用隔离式DC-DC 变换器使电压达到可靠的范围内（48V—50V），在通 过spwm控制的DC-AC 变换电路产生正弦交流电。 11控制方法比较与选择 方案一：采用单片机产生spwm波，经过非门74HC04使一路信号变为两路互补信号，然 后两路互补信号再分别传输给全桥 MOS 管驱动芯片IR2111，然后通过IR2111 来分别控制 两组IR540（即全桥）的通断，从而产生交流电。负载电流在电流互感器的取样经AD 入单片机，经过mcu处理后在通过液晶12864 显示输出电压和负载电流。 方案二：采用分离元件组成的电路来产生spwm波，来控制全桥产生交流电。该方案主要由硬件来实现波形的产生，硬件电路不易控制，且波形失真比较明显。不符合题目的要求。 格局题目要求故采用方案一。 12MOSFET 驱动模块的比较与选择 13DC-DC 模块的比较与选择 方案一：并联开关电路形式。并联开关电路原理与串联开关电路类似，但此电路为升压型电路，开关导通时电感储能，截止时电感能量输出。只要电感绕制合理，能达到题目要求的 30--36V，且输出电压Uo 呈现连续平滑的特性。（见图1） 方案二：串并联开关电路形式。实际上此电路是在串联开关电路后接入一个并联开关电路。用电感的储能特性来实现升降压，电路控制复杂。（见图2） 方案三：推挽型DC-DC 电路形式。是由两个单端正激开关电源电路叠加而成的，所以它 的输出电压是单个单端正激开关电源输出电压的两倍。（见图3） 在实际做实验室我们先用方案一（非隔离），但升压难度比较高，而且不易控制，且效率较低。 14MCU 的比较与选择 方案一：采用ATMEL 公司的 AT89C51。51 单片机价格便宜，应用广泛，但是能单一， 如果系统需要增加语音播报功能，还需外接语音芯片，实现较为复杂；另外51 单片机需要 仿真器来实现软硬件调试，较为烦琐。 方案二：采用ATMEL公司的mega 16 单片机作为控制器的方案。该单片机IO 资源丰富， 并集成了AD 功能。芯片内置JTAG 电路，可在线仿真调试，大大简化了系统开发调试的复 21总体设计 22硬件电路设计 222 DC-AC 模块设计 221 DC-DC 模块设计 223电源模块设计 电路的原理图如下所示： 输入电压变化范围较大为 35V—45V。 LM2575-Adj 开关芯片稳定到+25V-+15V 中的任意一个电压值。 基本要求是具有系统要求 的电压输出和足够容量，散热条件良好。 此电路图可以在输入电压在35V到45V 变化的情况下可以使输出电压通过采用开关集成 器件LM257X 系列稳压调整器构成直流电源。其输出电压是稳定的，且电源模块为单片机、 LCD，IR2111 驱动芯片，非门74HC04 提供电源。对电源模块的（1）Mega 16 单片机及其 外围连接的芯片工作电压都是+5V，所以，将外给电源通过6 稳压芯片是输出电压为5V供给围芯片、LCD 显示部分进行供电。 本设计的软件设计比较简单，完全出于效率的要求，把外围电路设计的尽可能的少，所以单片机驱动外围芯片均采用 口直接控制，没有采用总线方式。整体软件设计流程图如 7．12显示模块的方案选择 方案一：采用LCD液晶显示器显示。 采用12864 点阵 LCD 液晶显示，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强，调用方便 简单，而且可以节省了软件中断资源。其缺点在于显示内容需要存储字模信息，需要一定存 储空间，并且点阵型液晶功耗比较大，不适合本设计。 方案二：采用８位带小数点的SMS0801B显示。此LCD 显示是段码型的，功耗比较小， 且为串行操作，本设计要显示的数字不是很多，SMS0801B 完全能满足要求。 时根本没有任何功耗。7．13 键盘模块的方案选择 鉴于上面分析，本设计采用方案 电路图如下:可以很方便的控制，但功耗高，本设计只需要3 个键盘就可以满足要求， 故不采用这种方方案二：按键直接接在IO 口上，编程简单，应用方便，且满足要求，在没 有键按下方案一：采用集成芯片8279 控制键盘，单片机资源占用少，响应稳定，这样单片
