基于STC12C5A60S的小功率逆變器的設(shè)計 - 全文

　　本文以STC12C5A60S單片機為核心，利用其內(nèi)部兩路可編程計數(shù)陣列（PCA）模塊來模擬脈寬調(diào)制法，設(shè)計并實現(xiàn)了一個輸出電壓幅值可調(diào)的小型逆變器。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　本文使用AltiumDesigner6．9完成硬件電路原理圖和PCB圖的設(shè)計。圖1是該設(shè)計的總體電路結(jié)構(gòu)圖。

　　該設(shè)計實現(xiàn)的功能是將6 V的直流電通過三級功率變換（DC-HFAC-DC-LFAC）得到頻率為50 Hz，幅度為110 V的工頻交流電以供交流負載使用。現(xiàn)將硬件電路各部分的具體設(shè)計和功能作如下描述。

　　1．1 電源模塊

　　使用直流到直流變換芯片MC34063與LM7805和LM7812組合得到12 V和5 V的直流電，為硬件電路的各模塊提供所需電源。

　　1．2 前級升壓模塊

　　通過SG3525芯片與其外圍電路產(chǎn)生兩路互補的高頻PWM（Pulse Width Modulation）脈沖波，用這兩路高頻脈沖波分別控制由兩個MOS（IRF 3205）管組成的單邊橋高頻逆變器，并與高頻變壓一起實現(xiàn)前級升壓。通過前級升壓，把6 V的直流電升到300 V左右的高頻交流電，為后面的工頻逆變做準(zhǔn)備。

　　1．3 整流器與濾波模塊

　　4個二極管組成整流橋電路對前級升壓模塊輸出的高頻交流電進整流，并且經(jīng)過LC濾波器進行濾波作為工頻逆變橋電路的輸入。

　　1．4 工頻逆變器MOS橋電路驅(qū)動模塊

　　該設(shè)計中驅(qū)動工頻逆變器橋的4個MOS管使用IR2110芯片來完成。單片機產(chǎn)生的兩路SPWM控制信號經(jīng)過死區(qū)時間后作為2片IR2110的邏輯輸入。用2片IR2110芯片組成的驅(qū)動電路輸出4路兩兩互補的信號，從而控制全橋逆變電路的上、下橋臂的通斷，實現(xiàn)逆變功能

　　1．5 SPWM產(chǎn)生模塊

　　以STC12C5A60S單片機為核心構(gòu)建的最小系統(tǒng)，作為模塊的控制部分。同時增加一個模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通過讀取電位器上的電壓值，實現(xiàn)逆變器輸出幅值可調(diào)。兩路SPWM信號由STC12C5A60S單片機PCA模塊輸出端P1．3口和P1．4口。其原理是用正弦表數(shù)據(jù)去設(shè)置STC12C5A60S單片機PCA模塊的比較寄存器的值確來模擬脈寬調(diào)制法，最終獲得寬度正比于正弦調(diào)制波的矩形脈沖序列來等效正弦調(diào)制波。產(chǎn)生兩路SPWM波的原理如圖2所示。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　該設(shè)計的控制芯片是宏晶公司的STC12C5A60S單片機，它的內(nèi)部有兩路PCA模塊。預(yù)先通過Matlab計算出標(biāo)準(zhǔn)的工頻交流電的正弦表，以數(shù)組的形式存放在單片機內(nèi)部擴展數(shù)據(jù)存儲器中。然后利用這個數(shù)據(jù)表去動態(tài)地設(shè)置PCA模塊比較寄存器的值，實現(xiàn)計數(shù)周期動態(tài)改變，輸出的高電平脈沖寬度隨正弦規(guī)則變化。

　　主程序流程圖如圖3所示，PCA中斷子程序流程圖如圖4所示。

　　3 系統(tǒng)測試

　　3．1 SPWM波形產(chǎn)生模塊測試

　　以單片機為核心構(gòu)成的SPWM波形產(chǎn)生模塊通過程序控制運行后，可以得到兩路互補的SPWM波形，如圖5所示。用示波器截取了模塊的單路SPWM幾個細節(jié)片段圖，如圖6所示，脈寬是不斷變化的。

　　3．2 整體的系統(tǒng)測試

　　在輸入端輸入5 V的直流電，經(jīng)過系統(tǒng)逆變以后，可以在系統(tǒng)的輸出端得到有效值為110 V，頻率為50 Hz的交流電。輸出電壓經(jīng)示波器探頭衰減10倍以后接入示波器，得到如圖7所示圖形。示波器的另一路輸入是檢測全橋電路的左上橋臂的SPWM波形，而另一路剛好對應(yīng)右上橋臂。

　　4 結(jié)語

　　該設(shè)計基于單片機控制的數(shù)/?；旌想娐返膶崿F(xiàn)，使得整個硬件電路的體積大大減小。由于數(shù)字單片機的引入，可控性大大增強。