基于单片机的微型光伏逆变器的设计毕业论文.doc

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1、武汉纺织大学毕业设计论文题目： 基于单片机的微型光伏逆变器的设计 学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 王翔宇 指导教师： 张明 武汉纺织大学毕业设计（论文）任务书课题名称： 基于单片机的微型光伏逆变器的设计 完成期限： 2013年2月25日至2013年5月25日 学院名称电子与电气工程学院 专业班级 电气工程10901 学生姓名 王翔宇 学 号 0903731081 指导教师 张 明 指导教师职称 副教授 学院领导小组组长签字 一、课题训练内容随着煤炭、石油和天然气等化石燃料的迅速消耗， 以及由此带来的能源危机与环境污染日益加剧近年来世界各国都在积极寻找和开发

2、新的、清洁、安全可靠的可再生能源。太阳能具有取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点，是理想的可再生能源。0 世纪 70 年代后，太阳能光伏发电在世界范围内受到高度重视并取得了长足进展。太阳能光伏发电系统的研究对于缓解能源危机、减少环境污染以及减小温室效应具有重要的意义。当前正弦波逆变器在交流户用光伏系统中仍有很大市场。设计一种基于单片机的微型正弦波逆变器，其功能是将蓄电池的12V/24V直流电压变换为220V单相交流电输出，作为太阳能光伏电源系统的配套电子设备用来对交流负载（照明灯具和黑白、彩色电视机）进行供电。微型光伏正弦波逆变器参考拓扑图如图1所示。图1 微型光伏正弦波逆变器参考拓扑图具体包括

3、以下几个方面:(1)研究微型光伏正弦波逆变器的实现方法，确定合理的设计方案，方案经济实用；(2)完成微型光伏正弦波逆变器硬件电路设计与软件编译，实现微型光伏逆变器主要功能。 推荐使用的单片机为：TI公司的MSP430F169,或者Atmel公司的ATmega128。二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量的具体要求）1. 开题报告2000字以上，包括课题的意义、所属领域的发展状况、课题的研究内容、研究方法、研究手段、研究步骤及参考书目等。2. 格式严格按照武汉纺织大学的毕业论文规范格式要求。3. 学习态度态度端正、严谨，每周至少与指导教师见面一次，按

4、时按进度完成各项任务。无故缺勤3次以上，取消答辩资格。4. 论文质量对微型光伏逆变器的原理分析具体，能实现装置的硬件和软件的正确设计，并有实验分析。做到论文的理论知识严谨，效率高以及意义深远。5. 资料阅读与收集查阅相关论文、书籍，论文阅读数目不低于20篇，数据库包括中国期刊网、万方数据库 、维普数据库等。6. 英文译文翻译一篇与光伏逆变器相关的外文资料，译文准确，中文翻译不少于3000字。7. 文字表达文字表达要求通顺、简洁，层次清晰，结构合理。8. 创新要求在方法上有一定的创新，所得结果有一定的参考价值。9. 答辩准备做好幻灯片，要求重点突出；进行模拟答辩。三、毕业设计（论文）主要参数及主

5、要参考资料主要参数：开题报告2000字以上；论文正文8000字以上；论文错别字出错率少于万分之五；外文翻译3000字以上。参考资料：1张华林.基于PIC单片机的三相正弦波变频电源的设计.电子技术应用，2007，(7)：141-144.2丁海洋，屈克庆，吴春华，宋文祥，陈国呈.光伏发电系统充电控制策略研究.电气传动， 2006，36(12)：3-6，42.3赵志强，穆桂霞，赵双喜，张雄.新型太阳能逆变控制器研制.电力自动化设备，2006，26(8)：92-94.4焦在强，许洪华.单级式并网光伏逆变器.可再生能源，2004，(5)：34-365刘 树，刘建政，赵争鸣，王 健， 吴理博，袁立强.基于

6、改进MPPT算法的单级式光伏并网系统.清华大学学报(自然科学版)，2005，45(7)：873-876.6赵为，余世杰 ， 沈玉梁，苏建徽.基于 TMS320F240 芯片的光伏并网发电系统的控制方法.继电器，2002，30(7)：31-33.7张海波，孙邦伍，原慧军，刘 伟，崔海瑞.基于DSP太阳能光伏并网系统的应用研究.农业工程学报，2006，22(增刊)：171-174.8廖文娟,宋平岗,杨志强.基于单周期控制的Z源光伏并网逆变器的研究.工矿自动化，2010， (9)：76-79.9范小波，张代润.光伏并网逆变器数字滞环控制的研究.电力电子技术，2006，40(6)：46-48.10戴欣

7、平，马广，杨晓红.太阳能发电变频器驱动系统的最大功率追踪控制法.中国电机工程学报，2005，25(8)：95-99.11冯彬，张广明.一种新型多电平逆变器在光伏并网系统的应用.电力电子技术，2011，45(4)：10-12.12钟建伟.基于H鲁棒控制的光伏并网逆变器控制策略.低压电器，2011，(5)：28-31.13李畸勇，龚仁喜，韦海燕.滞环SVPWM控制在光伏并网逆变器中的应用.电力电子技术，2011，45(4)：13-15.14杨海柱，金新民，刘洁. 500W光伏并网逆变器设计.国外电子元器件，2006， ( 3)：50-52.15陈愚，潘俊民，禹华军.光伏并网发电系统的DSP控制与实

8、现.微计算机应用，2006，27(4)：449-452.16汪海宁，余世杰，苏建徽，沈玉棵，王飞.光伏并网发电系统的DSP控制与实现.太阳能学报，2006，(增刊)：101-106.17张德海，郑文英，王国强.光伏发电系统中逆变器的研究与应用.变颇器世界， 2011，(2)：45-47.18钟宇明，文励洪 ，杨 红，刘家恒.一种新型光伏逆变器及其控制方法.电力电子技术，2010，44 (2)：10-12.19张超，何湘宁 一种用于光伏发电系统的新型高频逆变器 电力系统自动化 2005，29(19):51-53，71.20梁玉红,黄晓林. 基于SA8282的三相逆变电源的研制J.微计算机信息,2

9、006,22(29):122-124.21邢丽峰,宋增月, 张晓冬.ATmega8单片机波形发生器原理及其在逆变电源中的应用J.信息系统工程,2010,(8):80-81.22赵雅俊,钟晓强,张岳立.基于单片机的太阳能路灯市电互补逆变光伏控制器设计J.电子技术,2011,38(11):45-47.23邢娅浪,赵锦成,孙世宇.基于STC系列单片机的单向高频链逆变器设计J.通信电源技术,2009,26(6):41-43.四、毕业设计（论文）进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期12013/02/25接受任务22013/02/26-2013/03/03查阅资料文献32013/0

10、3/04-2013/03/10完成开题报告42013/03/11-2013/03/17学习相关理论，对论文涉及的内容进行理论分析52013/03/18-2013/04/21进行详细设计实验62013/04/22-2013/05/05论文撰写72013/05/06-2013/05/19修改完善定稿82013/05/20-2013/05/25准备答辩开题报告1 设计目的与意义1.1 目的与意义逆变器是把直流电能转变成交流电（一般为220v/50Hz正弦或方波）。中小功率逆变器是户用独立交流光伏系统中重要的环节之一，其可靠性和效率对推广光伏系统、有效用能、降低系统造价至关重要，因而各国的光伏专家们一

11、直在努力开发适于户用的逆变电源，以促使该行业更好更快地发展。本论文根据光伏发电并网系统的特点，设计一台额定功率为800W的微型光伏发电并网逆变器。该并网逆变器能实现最大功率点跟踪和实现反孤岛效应控制功能，控制部分采用TMS320F240型DSP作为电流跟踪方案，实现与电网电压同步的正弦电流输出。1.2 现状目前我国在小功率逆变器上与国际处于同一水平，在大功率并网逆变器上，合肥阳光电源大功率逆变器2005年已经批量向国内、国际供货。该公司250KW、500KW等大功率产品都取得了国际、国内认证，部分技术指标已经超过国外产品水平，并在国内西部荒漠、世博会、奥运场馆等重点项目上运行，效果良好。逆变器

12、不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。根据采用隔离变压器的类型，并网逆变可分为低频环节、高频环节以及非隔离型并网逆变低频环节并网逆变器采用工频变压器作为与电网的接口，因此存在体积和重量大、音频噪音大的缺点；而非隔离型并网在一些国家禁止使用，因此现在普遍采用直接挂在电网上运行的高频环节并网逆变器。光伏发电系统中逆变器是非常重要的部件，决定着系统的效率以及输出电流波形的质量。逆变器的拓扑有很多种，其中最常用的是全桥结构。为了降低光伏发电系统的成本，现在许多国家都在不遗余力的对高效逆变器进行研究。目前国际上一些知名公司的逆变器产品整机效率已经可以达到93%

13、95%。2 设计任务概况任务要求（1）完成电气原理图设计；（2）完成元器件参数计算和选型，列出设备选择清单；（3）利用实验室现有的条件完成部分安装调试实验；（4）完成设计报告，提交装订规范的书面设计报告和电子文档。 3 设计方案与论证3.1逆变器主电路设计太阳能蓄电池一般是电压源，因此逆变器的主电路采用电压型。在与外网相联时，为电压型电流控制方式。在外电网停电时，独立运行为电压型电压控制方式。已经进入实用的光伏并网逆变器回路方式主要有3种：工频变压器绝缘方式、高频绝缘变压器和无变压器形式。根据这3种回路方式，可以将现在的光伏并网逆变器的拓扑结构分为3类，即工频变压器绝缘的单级拓扑结构、高频变压

14、器绝缘的多级拓扑结构和无变压器的两级拓扑结构。方案采用工频变压器形式主电路设计的逆变器主电路如图1所示。图1 工频变压器形式逆变器主电路这种工频变压器形式的逆变器是在单相电压型全桥逆变电路输出加一个变压器，然后并入电网。光伏发电的系统输入直流电压为100170V，二极管VD的单向导通特性可以防止光伏发电系统断电后电流逆流。电容C1起到平波作用，使得直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。单相桥式逆变电路，共有四个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二极管组成，功率器件为全控型开关器件。二极管起到反馈与续流的作用。把桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替

15、各导通180o。单级式逆变器在逆变环节实现MPPT的功能，由于逆变电路产生的交流电压过低，需要变压器来升压，以达到合适的并网电压。摘 要 介绍了一种应用于太阳能的发电系统中基于单片机控制的单相全桥逆变器的设计。逆变器主电路为全桥逆变结构，由4个IRF830A组成。以单极性SPWM倍频调制方式工作。经过分析和比较，确定采用直接PWM法来计算SPWM波的占空比并设计了控制器。以AT89S51作为控制芯片，基于Kei IC平gProteus的集成开发环境进行系统软件设计，结合软件对硬件电路进行调试，结果表明各部分指标满足要求。关键词：逆变器；光伏单片机；脉冲宽度调制ABSTRACTUsed in s

16、olar power generation system based on microcontroller-controlled single-phase full-bridge inverter design.The inverter main circuit structure for the full-bridge inverter, by four IRF830A composition.Work to the the unipolar SPWM multiplier modulation mode.After analysis and comparison, to determine

17、 the direct PWM method to calculate the the SPWM wave of duty cycle and the design of the controller.In order the AT89S51 as a control chip, an integrated development environment based on. Kei IC level gProteus the system software design, combined with software debugging the hardware circuit, the re

18、sults show that some indicators to meet the requirements.Keywords：The inverter; Solar microcontroller; pulse width modulation 目 录1. 绪论2. 光伏逆变器的概述2.1 逆变器的概述2.2 光伏逆变器的分类2.3 光伏逆变器的工作原理2.4 并网逆变器的电路结构2.5 逆变器的控制方案2.5.1 经典控制理论的控制策略2.5.2 现代控制理论的控制策略2.6 光伏逆变器的主要技术指标2.6.1输出电压的稳定度2.6.2输出电压的波形失真度2.6.3额定输出频率2.6.

19、4负载功率因数2.6.5逆变器效率2.6.6额定输出电流(或额定输出容量)2.6.7保护措施2.6.8起动特性2.6.9噪声3 系统总体设计3.1 逆变器驱动电路与滤波电路的设计3.2 PWM控制脉宽调制(PWM)3.3 控制电路设计4 系统软件设计41 Proteus介绍42 Proteus ISIS软件与xeil口viSion2的联合仿真421 Protues软件与Keil uVision的结合422 Proteus的工作过程5 逆变器的调试5.1 调试说明5.2 调试结果分析5.2.1 1RF830A的驱动信号波形5.2.2 Proteus与KeilC联合仿真分析5.2.3 逆变器输出波

20、形5.2.4 程序1 绪论目前日益恶化的生态环境使人们逐步认识到，人类必须走可持续发展的道路，大力开发和利用可再生能源是必由之路。太阳能作为一种巨量的可再生能源， 每天到达地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量。开发和利用丰富、广阔的太阳能， 可以对不产生或产生很少污染， 太阳能既是近期急需的能源补充， 又是未来能源结构的基础。太阳能光伏利用技术在这种形势下进入了快速发展的阶段。太阳能的转换和利用方式，从狭义上可分为三类：即光电转换，光热转换，光化学转换，太阳能光伏发电是其中的一个主要方面，即通过光伏电池将太阳辐射能直接转化为电能，并与储能装置，测量控制装置和直流一交流(即DCAC)转

21、换装置相配套，构成光伏发电系统。其中最重要的部分就是直流一交流(即DCAC)的转换装置。 太阳能光伏发电产业自上个世纪80年代以来持续高速发展，每年以30一40的速度递增。同时全球光伏电池产量快速增长，全球太阳能企业在1995年-2005年增长了17倍。2005年世界太阳能电池产量达到1650MW累计装机容量5GW。为了鼓励太阳能的开发和利用，各国政府分别积极制定各种优惠政策来推动太阳能光伏发电的发展。其中，以美、1：t、德、等西方发达国家为主121。 我国的太阳能光伏发电系统起步较晚，但是发展速度很快。2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过的“中华人民共和围可再

22、生能源法”，已于2006年1月1日起正式实施。2006年4月国务院能源领导小组会议上已批准国家发改委提出的我国太阳能发电的中长期发展规划、发展重点和目标。 目前，我国光伏发主要应用在通信、灯塔、农村和边远地区照明、并网光伏发电、太阳能商品及其它地等方面。20O8年中国共计安装约20Mwp光伏系统，累计安装量达到1 2OMW 。中国光伏应用仍然是独立系统为主，并网光伏发电应用比例还很小。对比之下，欧洲在2006、2o07和2008年三年中，当年并网光伏系统的比例达到99。太阳能的大规模应用将是2l世纪人类社会进步的重要标志，而光伏并网发电系统是光伏系统的发展趋势。2 光伏逆变器概述2.1逆变器的

23、概述： 通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。2.2光伏逆变器的分类： 光伏逆变器按宏观可分为：普通型逆变器，逆变/控制一体机，邮电通信专用逆变器，航天、军队专用逆变器；按逆变器输出交流电能的频率分：工频逆变器（工频逆变器的频率为的逆变器），中频逆器（中频逆变器的频率一般为到十几），高频逆变器（高频逆变器的频率一般为十几K到）；按逆变器输出的相数分可分为：单相逆变器，三相逆变器，多

24、相逆变器；按照逆变器输出电能的去向分可分为：有源逆变器，无源逆变器；按逆变器主电路的形式分可分为：单端式逆变器，推挽式逆变器，半桥式逆变器，全桥式逆变器；按逆变器主开关器件的类型分可分为：晶闸管逆变器，晶体管逆变器，场效应逆变器绝缘栅双极晶体管（IGBT）逆变器；按直流电源分可分为:电压源型逆变器（VSI）；电流源型逆变器（CSI）；按逆变器控制方式分可分为：调频式（PFM）逆变器，调脉宽式（PWM）逆变器；按逆变器开关电路工作方式分可分为：谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器，定频软开关式逆变器。 2.3光伏逆变器的工作原理 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关

25、的导通与关断，来完成逆变的功能。 图2.3-1 逆变开关电路2.4并网逆变器的电路结构图2.4-1 并网逆变器电路结构上图 为并逆变器内部功能模块框图。光伏输入在逆变器直流侧汇总，升压电路将输入直流电压提高到逆变器所需的值。MPP 跟踪器保证光伏阵列产生直流电能能最大程度地被逆变器所使用。IGBT 全桥电路将直流电转换成交流电压和电流。保护功能电路在逆变器运行过程中监测运行状况，在非正常工作条件下可触发内部继电器从而保护逆变器内部元器件免受损坏。2.5 逆变器的控制方案逆变器的控制方法主要有采用经典控制理论的控制策略和采用现代控制理论的控制策略两种。2.5.1 经典控制理论的控制策略 1、电压

26、均值反馈控制 他是给定一个电压均值，反馈采样输出电压的均值，两者相减得到一个误差，对误差进行PI调节，去控制输出。他是一个恒值调节系统，优点是输出可以达到无净差，缺点是快速性不好。 2、电压单闭环瞬时值反馈控制 电压单闭环瞬时值反馈控制采用的电压瞬时值给定，输出电压瞬时值反馈，对误差进行PI调节，去输出控制。他是一个随动调节系统，由于积分环节存在相位滞后，系统不可能达到无净差，所以这种控制方法的稳态误差比较大，但快速性比较好。 3、电压单闭环瞬时值和电压均值相结合的控制方法 由于电压瞬时值单闭环控制系统的稳态误差比较大，而电压均值反馈误差比较小，可以再PI控制的基础上再增设一个均值电压反馈，以

27、提高系统的稳态误差。 4、电压电流双闭环瞬时控制 电压单闭环控制在抵抗负载扰动方面的缺点与直流电机的转速单闭环控制比较类似，具体表现在只有当负载（电流、转矩）扰动的影响最终在系统输出端（电压、转速）表现出来后，控制器才开始有反应，基于这一点，可以再电压外环基础上加一个电流内环，利用电流内环快速，及时的抗扰性来抑制负载波动的影响，同时由于电流内环对被控对象的改造作用，使得电压外环调节可以大大的简化。2.5.2 现代控制理论的控制策略： 1、多变量状态反馈控制 多变量状态反馈控制的优点在于可以大大改善系统的动态品质，因为它可以任意的配置系统的极点，但是建立逆变器的状态模型时很难将负载的动态特性考虑

28、在内，所以，状态反馈只能针对空载或假定负载进行，对此应采用负载电流前馈补偿，预先进行鲁棒性分析，才能使系统有好的稳态和动态性能。 2、无差拍控制 无差拍控制的基本思想是将给定的正弦参考波形等间隔的划分成若干个周期，根据每个采样周期的起始值采用预测算法计算出在采样结束时负载应输出的值，通过合理计算这个值的大小使系统输出在采样周期结束时与参考波形完全重合，没有任何相位和幅值偏差。 3、滑模变结构控制 滑模变结构控制是一种非线性的控制方法。他的基本思想是利用某种不连续的开关控制策略来强迫系统的状态变量沿着某一设计好的滑模面运动。滑模变结构控制的优点是对系统参数变化和外部扰动不敏感，具有较强的鲁棒性。

29、然而，对逆变电源系统来说，要确定一个理想的滑模面是很困难的。并且，在用数字式方法来实现这种控制方式时，开关频率必须足够高。 4、模糊控制 模糊控制属于智能控制的范畴，与传统的控制方式相比，智能控制最大的优点是不依赖于系统的数学模型，它是控制理论发展的高级阶段，主要用来处理哪些对象不确定性，高度非线性的问题。 5、重复控制 重复控制是根据内膜原理，对指令和扰动信号均设了一个内膜，因此可以达到输出无净差，缺点是：动态响应比较慢，且需要比较大的内存。2.6 光伏逆变器的主要技术指标2.6.1 输出电压的稳定度 在光伏系统中，太阳电池发出的电能先由蓄电池储存起来，然后经过逆变器逆变成220V或380V

30、的交流电。但是蓄电池受自身充放电的影响，其输出电压的变化范围较大，如标称12V的蓄电池，其电压值可在108144V之间变动(超出这个范围可能对蓄电池造成损坏)。对于一个合格的逆变器，输入端电压在这个范围内变化时，其稳态输出电压的变化量应不超过额定值的5，同时当负载发生突变时，其输出电压偏差不应超过额定值的10。2.6.2输出电压的波形失真度 对正弦波逆变器，应规定允许的最大波形失真度(或谐波含量)。通常以输出电压的总波形失真度表示，其值应不超过5(单相输出允许l0)。由于逆变器输出的高次谐波电流会在感性负载上产生涡流等附加损耗，如果逆变器波形失真度过大，会导致负载部件严重发热，不利于电气设备的

31、安全，并且严重影响系统的运行效率。2.6.3 额定输出频率 对于包含电机之类的负载，如洗衣机、电冰箱等，由于其电机最佳频率工作点为50Hz，频率过高或者过低都会造成设备发热，降低系统运行效率和使用寿命，所以逆变器的输出频率应是一个相对稳定的值，通常为工频50Hz，正常工作条件下其偏差应在l 以内。 2.6.4 负载功率因数 表征逆变器带感性负载或容性负载的能力。正弦波逆变器的负载功率因数为0709，额定值为09。在负载功率一定的情况下，如果逆变器的功率因数较低，则所需逆变器的容量就要增大，一方面造成成本增加，同时光伏系统交流回路的视在功率增大，回路电流增大，损耗必然增加，系统效率也会降低。 2

32、.6.5 逆变器效率 逆变器的效率是指在规定的工作条件下，其输出功率与输入功率之比，以百分数表示，一般情况下，光伏逆变器的标称效率是指纯阻负载，80负载情况下的效率。 由于光伏系统总体成本较高， 因此应该最大限度地提高光伏逆变器的效率，降低系统成本，提高光伏系统的性价比。目前主流逆变器标称效率在8095之间，对小功率逆变器要求其效率不低于85。在光伏系统实际设计过程中，不但要选择高效率的逆变器，同时还应通过系统合理配置，尽量使光伏系统负载工作在最佳效率点附近。2.6.6 额定输出电流(或额定输出容量) 表示在规定的负载功率因数范围内逆变器的额定输出电流。有些逆变器产品给出的是额定输出容量，其单

33、位以或表示。逆变器的额定容量是当输出功率因数为（即纯阻性负载）时，额定输出电压为额定输出电流的乘积。2.6.7 保护措施 一款性能优良的逆变器，还应具备完备的保护功能或措施，以应对在实际使用过程中出现的各种异常情况，使逆变器本身及系统其他部件免受损伤。(1)输入欠压保护： 当输入端电压低于额定电压的85 时，逆变器应有保护和显示。(2)输入过压保户： 当输入端电压高于额定电压的130时，逆变器应有保护和显示。(3)过电流保护： 逆变器的过电流保护，应能保证在负载发生短路或电流超过允许值时及时动作，使其免受浪涌电流的损伤。当工作电流超过额定的150 时，逆变器应能自动保护。(4)输出短路保护 逆

34、变器短路保护动作时间应不超过05s。(5) 输入反接保护： 当输入端正、负极接反时，逆变器应有防护功能和显示。(6)防雷保护： 逆变器应有防雷保护。(7)过温保护等。 另外，对无电压稳定措施的逆变器 ，逆变器还应有输出过电压防护措施，以使负载免受过电压的损害。2.6.8 起动特性 表征逆变器带负载起动的能力和动态工作时的性能。逆变器应保证在额定负载下可靠起动。2.6.9 噪声 电力电子设备中的变压器、滤波电感、电磁开关及风扇等部件均会产生噪声。逆变器正常运行时，其噪声应不超过，小型逆变器的噪声应不超过65DB。3 系统总体设计3.1 逆变器驱动电路与滤波电路的设计 驱动电路是电力电子变换器的关

35、键技术之一。它的输出脉冲的幅值和波形与功率开关管的开关特性有很大的关系，进而会影响到整个逆变系统的效率和调节特性。本设计中驱动电路采用4输入与非门HD74HC00P。由单片机输出的PWM波通过两个与非门之后，输入给功率器件V1、V4的门级；通过一个与非门输入给V2、V3的门级，以此来作为驱动信号，并且实现驱动信号的互补。经过分析和比较，逆变部分决定采用全桥逆变电路，由场效应管IRF830A组成逆变桥，采用4输入与非门HD74HC00P来作为驱动电路。单片机产生的PWM信号经过HD74HC00P后，来控制逆变桥中开关器件IRF830A的关断与导通，就可以在逆变桥的输出端产生正弦波。不过此时的正弦

36、波含有大量的高次谐波，需要通过LC滤波电路才能得到平滑、不含高次谐波的标准的正弦波。而电容与电感数值的大小需要经过理论计算与实际调试后才能确定。在本设计中我们取C=22f，L=10mH.3.2 PWM控制脉宽调制(PWM) 是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以

37、一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加至负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，4种主要方法：自然采样法(对称规则采样法和不对称规则采样法、面积等效法和面积中心等效法。3.3 控制电路设计系统的控制电路采用单片机开发板来实现。该开发板是基于MCU 89S51的功能而开发设计制造的，可以作为一个硬件开发的平台，板上提供了各种接口，可以很方便的将其与外围电路

38、连接，方便了设计。此开发板主要包括以下几个部分：USB电源(u1)；外接电源接口；5V稳压芯片；RS232串口，可简单的与主处理器连接；DSl302时钟芯片；DSl802温度传感器；指示电源的发光二极管(LEDl)；32路I0接口引出；24C02存储器、4位按键、红外线插座、146 2010年第10期(总第46期)LCDl602、ISP下载插座、4位共阳数码管、蜂鸣器。在本设计中主要是用了Pl接口，利用接口的P10脚作为SPWM信号的输出口来分别控制功率器件VI、V2、V3、V4。PWM控制方式的应用范围非常广泛，不仅可以实现逆变，还可以应用在电机调频、调速、控制灯泡的亮度的场合中。可以说在未

39、来的电力电子技术的发展中PWM技术将得到越来越多的关注。本文计算PWM波的占空比采用直接PWM法。由于单片机指令执行延迟时间的存在，必然会引进误差，尤其在实现高频SPWM波时，因为程序中往往忽略指令执行时间，但当输出可调脉冲宽度小于10s，与指令执行速度可比拟时(尤其对于以C语言编写的指令，其编译后代码效率比较低，指令执行时间可达雌数最级)，中断执行时间过长会对计数器计数产生延迟，最后会影响波形准确性。4 系统软件设计41 Proteus介绍Proteus支持多种主流单片机系统的仿真，如5 l系列、AVR系列、PICl2系列、PICl6系列、PICl8系列、Z80系列、HCI 1系列、6800

40、0系列等。并且提供软件调试功能与丰富的外围接口器件及其仿真RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD。ADDA，部分SPI器件，部分IIC器件。随着科技的发展，计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。42 Proteus ISIS软件与KeilViSion2的联合仿真单片机应用技术所涉及到的实验实践环节比较多，而且硬件投入比较大。在具体的工程实践中，如果因为方案有误而进行相应的开发设计，会浪费较多的时间和经费。Prote

41、us仿真软件很好的解决了这些问题。它可以像Protel一样画好硬件原理图与KEIL编程软件结合进行编程仿真调试。421 Protues软件与Keil uVision的结合 设置步骤如下：(1)把proteus安装目录下VDM51DII(C：Program FilesLabcenterElectronics Proteus6ProfessionalMODELS)文件复制到Keil安装目录的C51BIN目录中：(2)编辑C5 1里toolsini文件，加入：TDRV l=BINVDM51DLL(”PROTEUS VSM MONITOR-5l DRIVER”)；(3)Keil uVision里设置：

42、project-options for project-debug tab；(4)选中useproteus VSM monitor 51(如果想用两台电脑仿真，双击setting,输入IP地址或者DNS name)；(5)载入proteus文件；(6)proteus里选择DEBUG一use remote debug monitor；,进入KEIL的project菜单option for target工程名。在DEBUG选项中右栏上部的下拉菜选中Proteus VSM Monitor-5lDriver。在进入setting，如果同一台机IP名为127001，如不是同一台机则填另一台的IP地址。端

43、口号一定为8000注意：可以在一台机器上运行keil，另一台中运行proteus进行远程仿真(7)打开KEIL uVision，按F5开始仿真。422 proteus的工作过程 运行proteus的ISIS程序后，进入该仿真软件的主界面。在工作前，要设置view菜单下的捕捉对齐和system下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的p(从库中选择元件命令）命令，在pick devices窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设置，元器件间连线，编写程序；在source菜单的Define code generation tools菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展

44、名等项目；在source菜单的Addremove source files命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过debug菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。 综上所述，利用Proteus软件能够提供实验室无法相比的大龉的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质蛩上难以相比的虚拟仪器、仪表，通过与KeilC软件的联合调用，PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。5 逆变器的调试51调试说明第一、测试指标：输出电压值：3VAC+5；正弦波输出频率：50HZ；第二、参数设置：直流侧输入电压5VDC；参考正弦波频率50Hz，直流

45、输入电压5V，逆变器输出电压3V；第三、调试仪器：利用实验室的电压源的直流输出5VDC电压作为逆变器直流输入信号与驱动电路的电源。TDSl002数字存储示波器观察逆变器输出波形；第四、调试步骤：对硬件电路中的全桥逆变电路和驱动电路进行调试对PWM模块进行调试，软件产生的四路的MOSFET驱动信号，主要观察上下桥臂的驱动信号是否互补，死区时间是否正确。利用单片机AT89S52编程来产生SPWM波，由P10口输422 Proteus与KeilC联合仿真分析出。对主电路进行开环调试，将步骤中单片机产生的图1所示的是用Proteus建立的逆变系统仿真电路原理SPWM信号连入主电路。观察逆变器输出波形。5.2 调试结果分析521 1RF830A的驱动信号波形由单片机P10口输出的2路驱动信号。这2路驱动信号互补，分别驱动同一个桥臂的上下2个开关管。其中CHl所示波形为驱动v1的信号