单向正弦逆变电源设计.docx

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单向正弦逆变电源设计

2015年西安邮电大学第六届TI杯

大学生电子设计竞赛

设计报告

参赛序号

编号：

21

参赛题目

单相正弦波逆变电源（B类）

参赛队员

白进宝、刘森林、郭紫燕

指导教师

邢立冬

报告日期

2015年4月19日

目录

摘要……………………………………………………………………2

一系统方案……………………………………………………………3

1设计要求………………………………………………………………………3

2系统构思………………………………………………………………………3

二理论分析与计算………………………………………………………3

1逆变电路…………………………………………………………………………4

2控制电路…………………………………………………………………………4

3SPWM波分析……………………………………………………………………4

4滤波电路…………………………………………………………………………5

5过流保护电路……………………………………………………………………5

6单片机供电模块…………………………………………………………………5

三硬件设计………………………………………………………………6

1.使用IR2011驱动H桥电路……………………………………………………7

2、滤波电路………………………………………………………………………7

3、过流保护电路…………………………………………………………………7

四软件设计………………………………………………………………8

1程序流程图………………………………………………………………………8

五测试方案与测试结果……………………………………………………9

摘要

逆变电源是将一种电能变换的装置，是从稳恒的直流电逆变成交流电。

随着电子技术的发展，逆变电源越来越广泛。

根据系统要求，输入UI=15V的直流电，设计并制作输出正弦交流电压Uo。

本系统首先用单片机输出两个镜像的spwm波，将spwm波输入到逆变电路从而实现将15V的直流电逆变成交流电，将逆变电路输出的交流电经过滤波电路后形成正弦交流电。

通过过流保护电路保证电源和负载的安全。

【关键字】逆变电源SPWM单片机

一、系统方案

1设计要求

（1）UI=15V、Io=1A条件下，输出电压Uo=10±0.2V，频率fo=50±0.5Hz，输出正弦波无失真

（2）UI=15V、Io=1A条件下，尽量提高逆变电源效率

。

（3）UI=15V、Io在0.1~1A范围内变化，负载调整率SI≤1%。

2系统构思

通过单片机产生spwm波，控制H桥的导通，把直流电逆变成交流电，再通过滤波将交流电滤成正弦形式，最后输入到负载电路上。

并通过过流保护电路保护电路。

设计流程框图

二、理论分析与计算

1、逆变电路：

H桥 ，常用于逆变器（即直流变交流）。

通过开关的开合，将直流电逆变为某个频率或可变频率的交流电。

如图1——1所示单相桥式逆变电路工作原理开关T1、T4闭合，T2、T3断开：

u0=Ud； 开关T1、T4断开，T2、T3闭合：

u0=－ Ud; 当以频率fS交替切换开关T1、T4和 T2 、T3 时 ， 则 在 负载电 阻 R上 获 得交变电压波形（正负交替的方波），其周期 Ts=1/fS，这样，就将直流电压E变成了 交流电压uo。

其原理图如下：

2.控制电路设计：

输出两路镜像的spwm波控制由IR2110芯片控制的H桥逆变电路，SPWM波的占空比是按照正弦形式的。

3、SPWM波分析：

等效正弦波频率为20Hz、30Hz、40Hz、50Hz······载波比给定为20。

计算后可得：

400Hz、600Hz、800Hz、1000Hz······ 

根据公式  计算得到占空比为:

0.1251、0.3632、0.5657、0.7128、0.7902、0.7128、0.5657、0.3632、0.1251。

又由公式

可计算出高电平时间。

（程序见附录）

4.滤波电路：

一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数RLC是其充电周期的确2～5倍。

对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流周期的一半，即

RLC≥（2～5）T/2=2～5/2f,

由于ω＝2πf,故ωRLC≥（2～5）π,取ωRLC＝3π则

C=3π/ωRL

5、过流保护电路：

其中100Kῼ电阻用来限制，通过比较器LM311对电流互感器采样转化的电压进行比较，LM311的3管脚接10Kῼ电位器来调整比较基准电压，输出后接100ῼ的电阻限流它与后面的220μF的电容形成保护时间控制。

当电流过流时比较器输出是高电平产生保护，使SPWM不输出，控制场效应管关闭，等故障消除，比较器输出低电平，逆变器又自动回复工作。

电路图如下：

6、单片机供电模块：

采用54340芯片为单片机供电。

三、硬件设计

1.使用IR2011驱动H桥电路

2、滤波电路

3、过流保护电路

四．软件设计

1程序流程图

否

五、测试方案与测试结果

1.先用示波器检测单片机产生的SPWM正弦波。

2.然后经过整流桥和滤波带负载用示波器检测输出信号。

3.加大电流，用示波器检测单片机是否停止输出SPWM波。

最后回复正常电流，再检测是否可以输出SPWM波。

结果：

参考文献

[1]魏伟.正弦波逆变电源的研究现状与发展趋势[J].电气技术,2008，（11）.

[2]谈扬宁，朱兆优，王海涛.基于PICFxx单片机控制的正弦波逆变电源[J].电子元器件应用,2009，（08）.

[3]杨庆江,李晔,包西平.一种应用于独立光伏系统的新型逆变器[J].太阳能,2007,（01）.

[4]赵建武.单相SPWM逆变电源仿真设计[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版）,2008,（03）.

[5]张竹，张代润，何易桓，王超.一种多功能逆变电源的设计与实现[J].电源世界,2009，（01）.

[6]《电力电子技术》.廖冬初，聂汉平主编.华中科技大学出版社.2007，（09）.

[7]《全国大学生电子设计大赛培训系列教程—模拟电子线路设计》.高吉祥主编.2007，（05）.diaM100ng_________________________________________________________________________________________________

[8]《单片机原理使用教程—基于Prpteus虚拟仿真》.徐爱钧主编.电子工业出版社.2010，（01）.

[9]《C程序设计》第三版.谭浩强主编.清华大学出版社.2005，（07）.

[10]《信号与系统基础》.金波主编.华中科技大学出版社.25006，（05）.

[11]廖家平，袁兆梅，张治国.基于单片机PWM控制逆变电源的设计[TM].2006，（5）.

[12]李娜，邵利敏，赵秋霞，郭燕霞.基于16位单片机的逆变电源系统的设计[TM].2007，（10）.

[13]陈晓萍，王念春，马玉龙.基于PIC单片机的SPWM控制技术.2006，（09）.

[14]驱动芯片IR2110的功能简介.电子元器件应用.2006，（08）.

[15]周俊杰,钱晓耀,陈上挺.一种基于PIC系列单片机的SPWM逆变电源[TM].2008，（04）.

[16]基于STC系列单片机的SPWM波形实现.2007，（12）.

[17]自制12V转交流220V逆变器.2010，（09）.

[18]张峻岭.逆变电源稳定性分析[TM].2006，（01）.

[19]陈维,郭必广.正弦逆变器输出短路过流保护设计.2009.