基于spwm 技术的独立逆变电源设计

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1、基于SPWM技术的独立逆变电源设计梁美丽山西轻工职业技术学院030013【文章】逆变电源的种类繁多，其工作原理都是将蓄电池储存的能量转变成为P脉宽调制波形，再通过升压变压器输出，达到DC/AC的转变。简单的逆变电源输出是近似方波的50Hz的P波形。只能用于非正弦波工作的电器设备。较复杂的逆变电源输出是近似50Hz正弦波的S-P波形，可满足对正弦波形和频率要求较严格的电器设备。有现成的S-P集成电路可以组成逆变电源。但本文独辟蹊径，利用廉价的单片机实现智能化的S-P逆变电源。【关键词】单片机；S-P逆变电源随着社会的发

2、展,各种新兴的能源形式也不断涌现，,逆变电源被应用于各项领域比如各类交通工具,汽车、舰船还有飞行器等等,在太阳能和风能发电领域,逆变电源也有着不可替代的作用。逆变电源,将直流电(蓄电池、开关电源、燃料电池等)转换成交流电为电器提供电能。生活中如笔记本、、数码相机以及各类电器都可用小型逆变电源供电，另外小型逆变电源还可在汽车、轮船、便携供电设备得到利用。正弦波逆变电源的研制为人们带来了可观的经济效益和社会效益。考虑到逆变电源的通用性与稳定性,本系统首先对逆变电源的输出波形做了深入的分析,以SP波形为切入口，,采用高速单

3、片机89C2051作为控制核心,使用VB语言编程,实现对电路的控制,得到了一个频率在一定范围内可变,电压可调节的通用逆变电源,为一般性的负载提供电源。逆变电源总体设计方案逆变电源由DC/AC逆变部分、功率驱动部分、过流欠压保护部分、充电部分、A/D转换和输出电压显示部分等六部分组成。其中DC/AC逆变部分由单独的一片单片机完成。输出电压显示部分由另一片单片机组成。其它部分受控或控制这两个单片机的工作完成各自的功能。本文重点分析DC/AC逆变转换部分的SP波形产生过程。1DC/AC逆变的转换要想实现将直流电转变成交流电

4、，最重要的一个问题是怎样产生S-P（正弦波脉宽调制）波形。他的的理论基础是面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，效果基本相同。所以通过一系列脉冲的宽度进行调制，就可以等效的获得所需要的波形，若要改变等效输出正弦波的幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。以往实现这一波形硬件电路通常是在比较器输入端输入50Hz的正弦交流电，另一端输入一锯齿波，经过比较后得到S-P波形。本文独辟蹊径，先对正弦波进行归一化取样、量化、编码，将正弦波转化为二进制编码，然后利用二进制编码控制单片机结合后续电路输出S-P

5、波形。1.1取样、量化、编码取样定理论述了在一定条件下，一个连续信号完全可用离散样本值表示，然后利用这些样本值可恢复原信号。取样频率越大，还原波形越好，失真越小。我们拿正弦交流电50Hz为例，其周期为20ms。结合电流的电气特性当其频率太高时将影响功率驱动部分开关管的导通截止特性，增加开关管的损耗，效率降低，使输出波形变坏。综合考虑我们将取样频率定在（6KHz~40KHz）之间较为合适。采用8KHz作为取样频率。为了使输出取样点满足奇函数的特点，正弦波一周内的取样点NS应为偶数，其中NS=取样频率/50=160，S-

6、P脉冲周期T=1/8KHZ即125μs。因为每个取样点为任意值，所以必须经过量化，然后转换为编码。我们知道量化级数（N）越大还原精度就越高，但编码位数（M）增多，使得运算比较繁琐。他们的关系满足。操作过程中采用8位编码共256个等级。编码程序在其最大振幅为5的情况下，对50赫兹的频率取样160次，间隔为125μs，分别表示2、16、10进制完成后的编码，也表示S-P的脉宽大小，从运行结果可知正弦波0~1800和1800~3600编码值是对称的，因此我们只对0~1800范围内的80个编码进行操作就可以通过89C2051

7、的P1.2、P1.3脚交替产生完整的S-P波形。下图为其程序运行后结果。（编码程序用VB完成，如有需要可跟联系）2S-P波形的产生以89C2051单片机而言，定时/记数共四种工作方式，由M1M0决定，本文采用方式1，16位定时/记数方式。定时时间TP=（65536-TS），P的脉宽=TP*TC，TS为表1中第六列16进制数。TC=12/晶振频率，晶振频率=24Mhz，TC为0.5μs。如当TS为FA（250）时脉宽为125μs，为最大脉宽，等于一个S-P周期。将此TP的低四位写入定时器TL，TH始终为FF，完成定时初

8、始化。定时开始时使I/O脚P1.3变为高电平P1.2为低电平，定时时间到时修改TL值为(FA-TP(低四位))定时常数，定时再启动使I/O脚P1.3变为低电平P1.2为低电平，即只改变P1.3的输出，依次查定时编码表，不断改变定时时间常数；当完成半周的P输出后。再改变P1.2输出完成整个S-P波形2.1S-P输出电压的稳压上图中要想驱动双端升压