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1、基于AVR单片机的逆变电源系统设计方案201组叶晓辉李欣陈东针对现代电源变频调幅的要求,提出了利用对称规则采样原理产生SPWM信号,选用ATmega16单片机,设置其16位计时器为相位修正PWM模式产生SPWM信号,结合查表及在线计算方法,实现变频调幅.同时利用其内部集成的AD模块对逆变桥输出进行采样并进行均值滤波处理,实现对系统的PI闭环控制.采用IR2110作为驱动桥,并通过全桥逆变电路及LC无源滤波实现正弦波的输出.系统加入过温过流监测模块,并有人机交互界面（键盘和显示）.一、SPWM对称规则采样法对称规则采样法
2、是从自然采样法演变而来的,它由经过采样的正弦波(实际上是阶梯波)与三角波相交,由交点得出脉冲宽度.这种方法只在三角波的顶点或底点位置对正弦波采样而形成阶梯波.对称规则采样法原理图如图1所示.图1 对称规则采样法原理图若以单位量1代表三角载波的幅值UC,则正弦调制波的幅值UR就是调制比M.图中的三角波和正弦波都是经过向上平移单位量1得到的,与过横坐标轴得到的结果一致.利用底点采样,根据相似三角形原理,可得关系式其中：M是调制比,0≤M≤1;ω为正弦信号波角频率;tD为在三角波的负峰对正弦信号波的采样时刻;δ是开通时刻脉冲
3、宽度;Tc为三角波载波周期.因此可得开通时刻的脉冲宽度:其中N为载波比,2π/N三角波周期TC所对应的弧度,K为一个周期内采样计数值.由以上分析得比较单元1的比较寄存器的值为式中Tt为通用定时器1的时钟周期.二、系统硬件设计本系统采用ATMEL公司的ATmega16单片机作为数字控制系统的核心,利用ATmega16产生SPWM信号并进行电压采样处理.逆变电源系统主电路采用单相全桥逆变电路,由4个IGBT作为功率管组成全桥逆变电路，该电路具有控制方便，功率管利用率高;控制方式采用全数字的控制方式.系统结构框图如图2所示.
4、图2 系统结构框图本设计电路为单相全桥逆变电路,如图3所示,主电路是典型的AC-DC-AC逆变电路.20V交流电后面接全波整流电路，（桥堆整流，电容滤波）整成直流滤波后约有27VDC左右，然后接一个LM317，用适当电阻调压就可以得到平滑的12V直流电.然后再由逆变电路将其转变为频率可调的20V交流电压！图3.0整流滤波电路图图3单项全桥逆变电路由单片机对LC滤波后电压经过整流滤波后进行AD采样,采样所得的数据输入到ATmega16单片机,由ATmega16芯片对数据进行处理,并输出相应的SPWM信号给驱动电路,控制逆
5、变器的输出.对系统工作温度,电流进行监测,保护控制系统电路,设有键盘、控制频率及幅值,同时显示模块,用于显示系统工作状态.此系统的控制核心电路是ATmega16单片机电路,主要完成以下2个方面的工作:1)输出SPWM控制信号到驱动电路,控制逆变桥的通断.IR2110采用高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性。;2)对输出电压进行AD采样.1）SPWM驱动电路图如下：栅极电平箱位电路图3.1IR2110驱动电路2）AD采样电路图如下：图3.2电压信号采样和过压保护电路A
6、Tmegal6单片机内集成了8通道10位的A／D转换器，故采样得到的电压信号经过前置电路处理后直接送入单片机中进行A／D转换。设计如上：反馈电压的采样见图3.2，为使采样系统与高压电路隔离，先用分压比为100：1高精度温度敏感系数低的高压电阻分压器取样0～500V的电压输出，再经霍尔电压传感器转换为0～5V的输出。为防止反馈电压对A／D转换器件的冲击，输出电压经过LM741同相跟随器(作缓冲用)后，一路经电容去耦接到单片机的A／D转换ADO口；另一路输出电压通过电压比较器LM311，与设定的电压(电压值由稳压二极管决定
7、)进行比较，一旦输出电压高于设定电压，LM311输出便翻转为高电平，接到IR2113的SD端关断IR2113的输出，同时单片机内部通过软件关闭PWM输出，实现系统的两级过压保护。 电流-电压变换电路 经典电路。输入电流在R1上产生Uin，由运放作为电压跟随器输出，视输入电流及输出电压确定R1，注意精度及温度系数。切记调整运放的失调电压。将数据输入单片机进行处理,调节输出,实现闭环控制.由于系统不仅输出SPWM波,还包含了低次以及高次谐波,为了最终输入标准正弦波就必须设置滤波电路,本设计采用了LC滤
8、波电路,如图4所示,称为固定K型低通滤波器.图4 LC滤波电路其截止角频率为:R为公称阻抗,设截止频率为fc,则有:三、系统软件设计软件设计的关键部分之一是控制电路中SPWM信号的产生,本程序采用了以三角波作为载波、正弦波作调制波的对称规则采样法,得到一系列幅值相等但宽度不等的矩形波.矩形波的占空比使用在线计算的方法.设N为载波调
