基于增强型单片机的间接逆变器

北方民族大学电气信息工程学院 白伟华

基于增强型单片机的间接逆变器

北方民族大学电气信息工程学院 白伟华

本文设计一种以增强型单片机STC12C5A60S2为核心的逆变器，采用BOOST电路将15V直流电升压到36V，再经过全桥逆变电路变换成交流电，最后用工频变压器得到220V/50HZ交流电。其中单片机P1．0，P1．1通过ADC实时检测电路的电压、电流，P1．3口产生一路PWM波，P0．0-P0．7用于连接1602液晶显示，P2．1-P2．3用于按键输入，P3．0，P3．1用于在线下载程序。本文设计的系统使安全及稳定性得到了很大提升。

增强型单片机；BOOST电路；全桥逆变电路

0 引言

51系列增强型STC12C5A60S2单片机具有ISP/IAP在线编程、两个独立串口、8通道高速10位A/D转换、低功耗高可靠性等功能，速度比普通8051快6～12倍，SPI高速同步串行通信接口，

逆变器的发展与电力电子技术的发展息息相关，电力电子器件的发展促进了逆变器的发展。本设计采用电压电流瞬时反馈控制技术并从系统设计、硬件设计、程序设计等方面阐述单相逆变器的设计过程。

1 系统设计

本设计主要采用的硬件电路有单片机、L7805降压电路、全桥逆变电路、IR2104驱动全桥电路、LC滤波器、按键输入电路、1602液晶显示、电压检测电路，电流检测电路等一些外围电路，系统框图如图1所示。

逆变器的作用是将直流电转化为交流电，经过电感电容滤波后供给负载，本设计采用全桥逆变电路，桥式驱动采用IR2104驱动电路，用PWM控制调节逆变器输出电压及频率，滤波电路采用LC滤波是为了滤除高次谐波，最终得到正弦波。

图1 逆变器总体框图

2 硬件设计

2.1 电压检测电路

逆变器在带负载的运行过程中，负载变化会引起逆变器输出电压的波动，如果逆变器输出电压低于某个数值，会影响正在运行的负载。单片机的采样电压最高为5v，而boost升压为51v，所以必须要采用电压检测电路。

2.2 电流检测电路

电流检测电路也是设计当中重要的一个环节。电流不易于被单片机检测，但可以利用测电压的方法间接的测得电流。输出回路串联一个电阻，根据欧姆定律，把电流转化为电压量，这样只要测得电压的值，经过单片机的处理，就得出了电流的值。采样得到的信号一般很小，单片机不易于捕捉，为了解决这个问题，在设计电路当中我们引入LM358对采集到的电压信号放大，然后将放大后的信号输入单片机的检测模块进行检测。

3 软件设计

3.1 主程序流程图

主程序主要处理对时间要求不是很敏感的数据，例如按键检测，电压电流状态显示等。

图2 程序流程图

3.2 定时器中断程序

STC12C5A60S2单片机内部自带8路10位ADC模数转换，实际上是内部只有一个ADC电路，8个开关通道要同时工作的话，只能每个通道依次轮流进行，所以在中断程序中，设定轮流查询1、2、3通道，使得资源能得到最高效率的应用。

中断程序模块要对输入电压、输出电压和输出电流这三个变量进行采集检测。基于单片机本身的特性，其没有具备对以上三个变量同时采集检测，因此它只能以轮流打开通道的方式来完成。在升压的部分，它调节输出电压值的大小，即通过检测到的电流和电压反馈的情况，电流电压过大或过小时都可以通过占空比相应的调整，这样既防止了板子电压过高被烧坏，同时也保证了输出的电压稳定。在全桥逆变的部分，要求逆变输出的是一个稳定的正弦电压值。单片机利用脉宽调制的方法使一系列的脉冲占空比以正弦规律变化即可。此时我们可设定半个周期内把波形分成若干等份，份数越多，输出的正弦波形越平滑。把这些数据采用一维数组的方式存放在数组里面，程序运行的时候对数组访问查询即可。

3.3 ADC检测数据程序

这个模块程序设计主要是对采集的电压电流滤波，我们多取些数据，这里取200个，使用平均滤波算法，让输出的电压质量高、稳定性好，使最后显示出的电压、电流更加接近真实状况。

4 结论

本设计阐述了逆变器基本结构硬件、软件的设计。本设计的核心是基于增强型51单片机STC12C5A60S2的正弦波逆变器，其具有硬件结构简单、安全控制系统，能实现了系统的过压、过流保护；设计了驱动电路、控制电路的设计，提高系统的可靠性；系统软件采用模块化设计，为二次开发提供了非常便利的条件。经多次调试，系统运行良好，基本达到本设计要求。

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