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基于ATmega8单片机控制的正弦波逆变电源

作者:时间:2015-01-26来源:网络收藏

  0引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/268656.htm

  在风电行业中,经常需要在野外对风机进行维修,这时必须为各类维修工具和仪器进行供电。因此,设计一种便携式。低功耗。智能化的正弦来为这些设备供电是十分必要的,可大大提高维修风机的效率。

  本文正是基于这种情况下而设计的一种基于单片机的智能化正弦

  1 正弦的设计方案

  本文所设计的逆变器是一种能够将DC 12V直流电转换成220V正弦交流电压,并可以提供给一般电器使用的便携式电源转换器。目前,低压小功率逆变电源已经被广泛应用于工业和民用领域。特别是在交通运输。野外测控作业。机电工程修理等无法直接使用市电之处,低压小功率逆变电源便成为必备的工具之一,它只需要具有一块功率足够的电池与它连接,便能产生一般电器所需要的交流电压。由于低压小功率逆变电源所处的工作环境,都是在荒郊野外或环境恶劣。干扰多的地方,所以对它的设计要求就相对很高,因此它必须具备体积小。重量轻。成本低。可靠性高。抗干扰强。电气性能好等特点。

  针对这些特点和要求,研究一种简单实用的正弦波逆变电源,以低价实惠而又简单的元器件组成电路来满足实际要求,定会受到市场的普遍欢迎。当前,设计低功率逆变电源有多种方案,早期的设计方案是直接将直流电压用双开关管进行控制,在50Hz方波的作用下,产生220V的方波逆变电压。

  但随着用电设备对逆变电源性能的要求不断的提高,方波逆变电源在多数场合已被淘汰,而正弦波逆变器的应用已成为必然趋势。现在,市场上低功率正弦波逆变电源的主要设计方案有3种。

  1.1 一次逆变的正弦波逆变电源

  该方案也是将要逆变的直流电压直接加到双开关管上,然后采用数十倍于50 Hz的正弦化脉冲宽度调制脉冲串对开关管直接进行驱动,之后对输出的电压实行“平滑”处理,进而获得类似于正弦波的连续变化的波形,这种方法的优点是电路一次逆变,高效而简单。但变压器过于笨重,没办法满足体积小,重量轻的要求。

  1.2 多重逆变的正弦波逆变电源

  该方案是将驱动开关管的50Hz信号,分成若干相位不同而频率相同的驱动信号,分别驱动各自的开关管,使得各自的输出电压也错开一定的相位,然后再进行叠加处理,输出多阶梯的阶梯波再进行滤波就能输出所需的正弦波电压。此种方案电路较为复杂,一旦有一组开关管失效,输出的波形就有很大的失真。

  1.3 二次逆变的正弦波逆变电源

  随着高频开关管技术的日趋成熟,逆变电源的电路设计趋向于先变压,后变频,即先将直流电压转为高频交流电,再将高频交流电转换为50 Hz的正弦交流电源,其原理框图如图1所示。

  

 

  由于开关管的价格低廉,因此组成图1的单元电路性价比高,当前市场上以此种设计方案来生产低功率逆变电源的居多。

  2 基于单片机控制的正弦波逆变电源

  在以上列举的三种逆变电源设计方案当中,以二次逆变的正弦波逆变电源为佳。按照这种思路,早期的具体电路解决方案多采用PWM控制芯片如TL494,SG3524,SG3525A等,以固定的频率去控制DC/DC和DC/AC部分的开关管,并采用修正电路对输出的波形进行修正,以期达到正弦波的要求。但这种纯PWM芯片控制的电路,对于元件的老化。发热。受到干扰等情况无法自动加以修正,或者修正能力差,往往使得在实际的应用当中经常出现电路故障。随着单片机技术的发展,设计人员不断想将单片机引入到正弦逆变电源的控制当中,但对于高频部分的控制,低成本的单片机完成不了这个功能,高成本的单片机又会降低性价比,故本文提出了另外一种设计方案,就是采用低廉的单片机,配合TL494,IR2110和开关管,构成一个体积小,成本低,控制能力强的正弦波逆变电源,其方框图如图2所示。

  

 

  由图2可见,整个系统主要由单片机进行控制,TL494和IR2110是否工作,全由单片机根据反馈信号作出调整。高频开关管及驱动输出部分采用单相全桥逆变电路构成。具体工作原理是采用单片机作为系统控制的核心,利用TL494能产生高频PWM信号的功能,通过单片机对其脉冲宽度进行控制并输出,以控制高频开关管组成的全相逆变电路,将低直流电压逆变成为高压方波,并通过整流滤波之后,送到驱动输出全桥逆变电路,由单片机控制IR2110输出工频驱动信号,控制输出驱动电路输出50 Hz,220 V的正弦交流电压。

  3 主要电路的具体设计

  整个逆变系统的核心主要由单片机控制电路与检测电路。DC/DC变换电路。DC/AC输出电路组成。

  3.1 DC/DC变换电路

  如图3所示,由TL494组成了高频脉冲输出电路,该电路采用了性能优良的脉宽调制控制器TL494集成块。该集成块内含+5V基准电源。误差放大器,频率可变锯齿波振荡器。PWM比较器。触发器。输出控制电路。输出晶体管及死区时间控制电路等。该集成块的第5~6脚分别外接了C1和R6组成了RC振荡电路,可促使TL494输出频率为100引脚对图中的DCDC端进行控制。通过控制第4脚的死区时间控制端,可调节输出信号的占空比在0~49%之间变化,从而控制输出端Q1PWM~Q2PWM的输出,而P端。VCC端和VFB端则分别接收来自负载,高频逆变输出电压。输入电压的反馈信号,与TL494内部的电路组成过压。过载保护电路,形成逆变器的第一级安全保护网。

  


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关键词: ATmega8 逆变电源

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