单相正弦波逆变电源

1、单相正弦波逆变电源单相正弦波逆变电源 学 院： 信息与电子工程学院信息与电子工程学院 专 业： 应用电子技术应用电子技术 小组成员： XXX XXX XXX 指导教师： XXX 设计时间： 2012年年12月月29日日摘要 本单相正弦波逆变电源的设计，以24V DC 电源作为输入，输出为26V AC 。该电源采用推挽升压和全桥逆变两级变换，在控制电路上，前级推挽升压电路采用TL494 芯片控制，闭环反馈。逆变部分驱动芯片采用IR2110进行全桥逆变，采用UC3637完成双SPWM的调制，后级输出采用电流互感器进行采样，形成双重反馈环节，增加了电源的稳定性。在保护上，具有过流保护、空载保护等多重

2、保护功能电路，增强了该电源的可靠性和安全性。输出交流电压通过变压器采集电阻分压的转换后，再由STC12C5A60S2单片机的控制进行模数转换，最终将电压值显示到液晶LCD1602上，形成了良好的人机界面。系统设计要求及设计方案系统设计要求及设计方案 1.11.1设计要求设计要求 设计并制作输出电压为26V AC的单相正弦波逆变电源，输入直流电源为24V DC，负载为阻性。在额定输入电压Ui =24V下，负载为50电阻，输出电压有效值UO =26V0.5V，频率为27Hz； 15电阻情况下，逆变效率70%；具有过流、过压保护功能，动作电流值为I=2.4A0.1A，具有自恢复功能。 1.2 1.2

3、 设计思路与选定方案设计思路与选定方案 电路主要采用升压、逆变、显示等模块来实现。电路主要采用升压、逆变、显示等模块来实现。 （1）升压：DC-DC ；升压采用TL494芯片，此芯片可供两种方案选择。一是单端PWM输出控制，二是双端（推挽）PWM输出控制。由推挽式输出控制的变换器可由高频变压器将电压升至任何值 ，而用单端PWM输出控制的变换器会受频率高影响PWM信号的占空比，因而变换器的损耗也会随之改变。 （2）逆变：DC-AC；DC-AC变换器有两种方案可以实现；一种是半桥式DC-AC变换器，另一种是全桥式DC-AC变换器。由两者的工作原理可知，半桥需要两个开关管，全桥需要四个开关管。半桥和

4、全桥的开关管的耐压都为VDC；而半桥输出的电压峰值是1/2 VDC ，全桥输出电压的峰值是VDC ，所以在获得同样的输出电压的时候，全桥的供电电压可以比半桥的供电电压高一半。出于这点的考虑，本系统选择全桥式DC-AC变换器。 （3）显示：显示部分是由单片机来实现。而显示需要A/D转换；如：电流、电压显示等。而STC12C5A60S2内部有自带的10位A/D。所以选择此芯片 1. 3 1. 3 系统组成系统组成 系统方框图如图1.2.5所示，先采用DC-DC推挽升压变换把24V DC升至50V56V，保证输出有效值为26V的正弦波不出现截止失真和饱和失真。输出电压反馈采用调节SPWM信号脉宽的方

5、式。空载检测电路使得当没有负载接入时，让系统进入待机模式，当有负载接入时，才进行逆变工作模式。同时，空载检测电路也作为过流保护的采样点。用单片机来控制，输出电压由ADC采样后分析，在液晶屏幕上显示。 单元硬件电路设计 2.12.1、DC-DCDC-DC变换器控制电路的设计变换器控制电路的设计 采用恒频脉宽调制控制器TL494，这个芯片可推挽或单端输出，工作频率为40-50KHz（f=1.1/(RT*CT)），输出电压可达50V,内有5V的电压基准，死区时间可以调整。芯片内部有两个误差比较器，在本设计中一个用作电压比较器和一个用作电流比较器。电流比较器用于过流保护，电压比较器来限制升压值的大小。

6、此外TL494（5脚、6脚外接电容C5、电阻R1）自激振荡，9、10脚输出，可单输出也可双输出，本电路为双输出。 2.2 、DC-AC电路的设计电路的设计 IR2110是一种高压高速功率驱动器，有独立的高端和低端输出驱动通道。各引出端功能分别是：1端(LO)是低通道输出；2端(COM)是公共端；);3端(VCC)是低端固定电源电压；5端(US)是高端浮置电源偏移电压；6端(UB)是高端浮置电源电压；7端(HO)是高端输出；9端(VDD)是逻辑电路电源电压；10端(HIN)是高通道逻辑输入；11端(SD)是输入有效与否的选择端，可用来过流过压保护；12端(LIN)是低通道输入；13端(VSS)是

7、逻辑电路的地端。 2.3 、SPWM波的实现波的实现 （1）SPWM波的原理波的原理 在进行脉宽调制时，使脉冲系列的在进行脉宽调制时，使脉冲系列的.占空比按正弦规律来安排。占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小，反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔小，反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分则较大，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制。大为减小，称为正弦波脉宽调制。图图2.

8、3.1 与正弦波等效的矩形脉冲序列波形与正弦波等效的矩形脉冲序列波形 （2）实现方法）实现方法 UC3637具有一个高速、带宽为具有一个高速、带宽为1MHz、输出低阻抗的误、输出低阻抗的误差放大器，既可以作为一般的快速运放，亦可作为反馈差放大器，既可以作为一般的快速运放，亦可作为反馈补偿运放。补偿运放。UC3637实现其主要功能的就是两个实现其主要功能的就是两个PWM比比较器，实现电路如图较器，实现电路如图2.3.2所示。其他还有如欠压封锁，所示。其他还有如欠压封锁，2.5V阈值控制等功能，这些功能在应用电路中也给予实阈值控制等功能，这些功能在应用电路中也给予实现。现。图2.3.2 PWM产生

9、电路 软件设计 3.1 、（输入、输出）电流、（输入、输出）、（输入、输出）电流、（输入、输出）电压的显示电压的显示 在实际电路中这些都是模拟量，要让它显示出来，就需在实际电路中这些都是模拟量，要让它显示出来，就需要把这些模拟量转换成数字量才能显示。而模拟量转换要把这些模拟量转换成数字量才能显示。而模拟量转换成数字量可以通过成数字量可以通过STC12C5A60S2单片机内部自带的单片机内部自带的10位位A/D来完成。来完成。STC12C5A60S2的的A/D转换口在转换口在P1口的口的（P1.0P1.7），），A/D转换完通过转换完通过P0口到液晶屏进行显口到液晶屏进行显示。示。 3.23.2

10、、正弦波产生、正弦波产生 正弦波产生是通过D/A来实现，在单片机中产生一个数字量通过一个D/A芯片转换成模拟量。本设计中才用TLC5615（10位串行da转换）。让单片机来控制，使TLC5615芯片产生一个正弦波。通过程序设计频率在8到70HZ可调。程序开始后进行初始化设置。设置定时器，液晶的显示等，再扫描按键，并且返回按键值，对每个对应的按键值做出对应的动作，例如：按键1按下频率上升，按键2按下频率下降，按键3按下切换液晶显示，按键4按下开关机。在定时器0中进行AD采集和显示，分别采集输入输出的电压电流。定时器1控制输出正弦波。 3 3. .2 2、总程序的设计调试 升压调试：升压调试： 输

11、出端无电压输出，各器件也不发烫，用示波器检查TL494的各个管脚，都正常，就输出脚无输出。从理论上分析频率振荡脚正常又无输出的原因在于4脚或者有管脚悬空；最终检查出是3脚悬空；造成3脚的原因是，芯片底座对应3脚的脚没有插下去。 带负载能力差、效率上不去。带负载能力差是与绕制的变频器有很大关系，需要加大初级的电感量；影响效率的问题有很多，最主要有PWM信号与电源电压受干扰，还有与绕制的变频器有关；在检测中波形很好，可断定问题就在变频器上，调试中改变次级线圈，此过程很难调试，原因在于线圈多和少都不行。我们是用慢慢试出来的，去效果最佳的线圈。最终效率达到86%。测试 输出功率及效率的测试输出功率及效

12、率的测试 ： 测试方法 测试结果 过流保护的测试过流保护的测试 ： 测试方法：测试方法如图4.2.3所示。在输出端接入3个串联的10的电阻作为负载。在系统正常工作之后，短路其中一个或两个电阻来模拟过流状况的发生。观察系统是否进行过流保护。测试结果：开机后蜂鸣器鸣叫一声，系统进入逆变工作状态。此时输出电流真有效值为2.4A，系统工作正常。短路其中的一个电阻，此时输出电流真有效值为1.8A，系统仍正常工作。再短路负载的任意两个电阻，系统检测到过流信号后，在1s左右后开始进入过流保护状态，蜂鸣器鸣叫。取消那两个电阻的短路状态后，系统又恢复逆变工作状态。 测试结果：开机后蜂鸣器鸣叫一声，系统进入逆变工作状态。此时输出电流真有效值为2.4A，系统工作正常。短路其中的一个电阻，此时输出电流真有效值为1.8A，系统仍正常工作。再短路负载的任意两个电阻，系统检测到过流信号后，在1s左右后开始进入过流保护状态，蜂鸣器鸣叫。取消那两个电阻的短路状态后，系统又恢复逆变工作状态。结果分析结果分析 经过测试后，题目的设计要求都已完成，各项指标都完成的比较好。在输出功率为55W的情况下，效率达到了79.8%。同时该电源还具有空载保护，过流保护的功能。在所测试的项目中,在重载输出的时候，输