附录

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基于单片机的逆变原理设计

韩永坤 赵祖玉

山东协和学院 山东济南 250109

摘要：随着社会的不断发展，能源短缺已成为人们高度关注的问题。当今社会广泛关注可再生能源，如风能、太阳能等的利用。本文采用AT89C52单片机控制定时器生成SPWM脉冲,由单极性驱动调试模式控制全桥逆变电路，经LC滤波后将12V直流电逆变成220V50Hz正弦交流电。以单片机为控制核心，采用SPWM控制技术，电路结构简单，电气性能优良。其良好的抗干扰能力、计算速度快使得其功能更加灵活可靠。输入电压、输出电压、输出电流能够借助液晶显示器直观显示，电路成本低廉，便于大规模应用。

1.1性能指标

本文研究的是小功率逆变电源，目的是将12V直流电压转换成220V/50Hz交流电压，其性能指标要求如下：

UI：10.8V-15V

UO：220V/50Hz

P：100W

η：≥85%

稳压精度：±10%

波形畸变率：≤5%

保护功能：欠压保护，防止蓄电池过度放电。

全文主要包含两个方面：第一个方面是进行主电路分析，构建全桥逆变电路模型，分析控制方案，选择适合的控制器；第二个方面是使用proteus构建仿真模型，验证了该方案的可行性。使用AT89C52单片机担当核心控制芯片，构建模数转换系统，将采样前后级电路、控制和保护功能全部由单片机完成，实现全数字控制。

1.2硬件设计

本设计使用4个MOS管构建单相桥式逆变电路，采用单极性调制，将12V直流电转换成低压正弦波交流电，随后经过工频变压器升压到220V，然后经过LC滤波器滤除谐波，最终输出220V纯正弦波交流电。系统框图如图1所示.

图1  电路系统框图

1.3全桥逆变电路

根据总体设计方案中的要求，结合本设计的电路性能指标，我们选择全桥逆变电路作为逆变电路的拓扑结构。全桥式逆变电路由四个开关管组成，其控制方式非常灵活，在开关过程中的损耗非常小。

1.4全桥驱动电路

单片机的IO口输出的功率较低，而且容易遭遇到电路中其他元件的影响，这可能会导致严重的后果。因此，需要采用隔离驱动。本设计采用IR2101芯片来驱动全桥逆变电路。

IR2101具有高效、快速的功率输出，它的集成技术使得它能够有效地减少逻辑电路的操作难题，并且还能够显著地增强其输出的稳定性和可靠性。通过引入外接的自举电容，能够有效地节省驱动电源的数量，不仅能够节省生产成本，还可以大幅度提高系统的稳定性和可靠性。

1.5电压检测电路

AT89C52单片机不能直接进行模拟量采集，需要借助外部电路将输入电压转换为数字信号后才能被单片机处理。本设计采用ADC0832作为模数转换芯片。

ADC0832是一个八位模数转换单元，最高为二百五十六级的分辨率。三十二微秒转换时间，通过双数据输出实现精确的数据校准，显著减少了芯片数据误差，提升了稳定性。

1.6电流检测电路

将霍尔电流传感器连接到逆变电源的输出端，可以将电路输出的交流电流值转换为模拟电压输出，随后，再通过真有效值转换芯片将其转换为直流电压，并送入AD转换芯片。最终，将转换后的信号送入单片机中。

1.7  LCD1602显示电路

使用LCD1602液晶显示器可显示输入电压、输出电压和电流值。如图5所示。

图5  显示电路图

1602液晶显示器是一款用于显示字母、数字和符号等的点阵液晶模块。1602是指可以显示两行，每行十六个字符。

1.8主程序流程

本设计主程序流程图如图4-1所示。作用是初始化程序，查询ADC检测数据后计算并显示出相应的输入电压和输出电压电流。

1.9仿真测试

将一个功率为50W的阻性负载接到逆变电源的输出端，经电压表测量，输出电压值稳定在220V左右，经示波器测量，输出电压波形为正弦波。

测试结果：根据仿真实验的结果，逆变电源准确实现将12V的直流电转换成220V、50Hz的标准正弦交流电的目标，相关指标满足设计需求。

结论

通过本次设计，对正弦波逆变电源的核心架构、运行原理、硬件与软件进行了深度研究。由于单片机的引入，成功地将其转换为一种高效、稳定的电源，具有良好的可扩展性，便于电子系统的更新与二次开发。此外，通过应用数字电路技术，我们还确保了电源的稳定性与输出准确性。设置了较为全面的保护功能，可以方便的使用。设计了液晶显示模块，可以显示输入电压、输出电压电流。通过仿真，输出了较为标准的正弦波，达到了良好的转换效果。

参考文献

[1]Tao L. Intelligent Table Lamp Based on Single Chip Microcomputer[J]. Journal of Physics: Conference Series,2023,2504(1).

[2]邓国栋.基于U3988的车载逆变电源的研制[J].电气开关,2018,(06):25-32.

[3]桂爱刚.单极性SPWM波形调制开关点计算[J].江西能源,2021,(02):16-28.

[4]林立.单片机原理及其应用[M].电子工业出版社,2021.