(长沙理工大学 电气与信息工程学院 湖南长沙 410114)
摘 要:为了利用IR2110芯片来实现大功率高频逆变器的目的，采用PIC16F716单片机实现PWM波形，并以IR2110芯片作为驱动器控制大功率MOS管的通断，实现DC到AC 之间变换的方法。在之后的实际测试中，得到此逆变器控制系统具有稳定性高、快速性好、准确性强的特点，不仅可以用于平常的电源逆变系统，而且还可用于新能源逆变系统中，对逆变电源的设计具有一定的参考价值的结论。
关键词:IR2110; PIC16F716单片机；PWM波；高频逆变电源
引言
由电力电子技术的发展来看,逆变器是较早采用的一种DC/AC变换装置,逆变器是把直流电能转变成交流电能的装置,一般由逆变桥、滤波电路及控制逻辑等部分组成。逆变器广泛适用于家庭电器设备中。由于近年来，根据市场发展趋势的需要，逆变器的造型安装越来越倾向于小型化、智能化、模块化等方向发展[1]。
1 系统设计方案
本文设计的逆变器小系统首先通过工频220V电压输入接线柱后由降压变压器输出24V交流电压，输出的24V交流电压经过单相桥式整流电路、两块稳压电路及若干二极管滤波后，输出两路稳定的直流电压（15V和5V）为单片机及驱动芯片供电。同时，在线串行编程写入程序到单片机后产生的PWM波触发两块驱动芯片产生两相四路PWM波，两相四路的PWM波分别产生互补的高通与低通信号分别驱动相应的MOS管后形成电压型全桥逆变电路。最后，在负载处可以检测到产生的互补矩形波，输出电压220Ｖ、50Hz交流电压，最大输出电流2.5Ａ，最大输出功率不低于100Ｗ。即完成整个逆变过程。系统设计框图如图所示。
系统设计方案
Figure 1 system design
2 系统硬件设计
2.1 驱动芯片IR2110
IR2110驱动芯片是由美国IR公司生产[2]。IR2110具有光耦隔离和电磁隔离等性能，正因为其体积小、速度快等优点，其成为大多数中小功率变换装置中驱动器件的首选品种。
2.1.1 IR2110的工作原理电平平移、逻辑输入、输出保护等特点通常是组成驱动芯片IR2110内部功能结构的三个主要部分[2]。系统电路搭建设计部分之所以能避免许多麻烦，正是基于IR2110驱动芯片的诸多优点。
2.1.2 IR2110逆变电路
IR2110逆变原理，U3、U4是两块IR2110驱动芯片，Q1、Q2、Q3、Q4分别为4个MOS管，Ua、Ub和Va、Vb分别为PIC16F716单片机输出到驱动芯片引脚的两相四路PWM波，由图可知Ua、Ub为一相PWM波中的上下臂，Va、Vb则为另外一相PWM波中的上下臂，由于PIC16F716单片机触发输出到驱动芯片部分的PWM波达不到驱动大功率MOS管的能力，那么只有通过IR2110中的电容自举功能的特点，分别由二极管D9、D15对自举电容C11、C12、C16、C17来充电，以此达到提高驱动MOS管的信号端电压，以便其拥有增加信号端输出的功能。
当Ua处于高电平状态时,那么输出端HO1同为高电平状态，以此可以由IR2110芯片的电容自举功能，来控制MOS管Q1开导，与此同时,因为输出端LO1为低，所以达不到驱动MOS管Q4的能力，则MOS管Q4处于关断的状态。
2.2 单片机小系统
基于美国Microchip公司生产的PIC系列单片机具有集成外围模块多、性能方面稳定、硬件系统设计简单、功耗低等诸多优点，所以本文选取PIC16F716单片机作为逆变器小系统的主控制器部分[4]。
因为PIC16F716单片机不用额外附加A/D转换器件，而且自带4个8位bitA/D转换通道，所以这些特点就大为节省了电路设计的成本[4-5]。这些功能特点可以降低电路器件的成本、减少单片机的外部器件数量，从而达到尽可能多地减少整个系统设备尺寸大小，在实际应用中拥有很强的价值优势。
2.3保护电路设计
本文逆变电源设计中有保护电路，如图５所示。当逆变输出电流超过2.5Ａ时，过流电流ACK大于4.5Ｖ，SPWM芯片检测到ACK大于2.5Ｖ时，则进入逆变保护，LED_P灯闪烁。反之，LED_L灯闪烁。输出滤波电路选用LC电路，设计中参数L=1mH,C=3uF,截止频率fc≈2.5KHz
3 系统软件设计
3.1 PWM波的实现原理
本文利用PIC16F716单片机中自带的增强型捕捉/比较/PWM模块（以下简称ECCP模块）就可快速实现两路输出互补对称的PWM波。只要正确设置ECCP模块的工作模式寄存器CCP1CON、周期寄存器PR2、脉宽寄存器CCPR1L的值即可产生所需要的PWM波。此模块的工作模式有全桥模式、半桥模式等多种工作模式，本次软件设计采用的是半桥模式，信号极性设为高电平有效。
3.2 参数计算与配置
产生PWM波，需要确定两个参数：一个是PWM波的周期T；一个是PWM波的脉冲宽度Twidth。设计要求为PWM波的频率为50Hz,占空比为30%。据此可计算出：周期T= = =20ms；脉宽Twidth=20ms×30%=6ms；
3.3 软件设计方案优点
本文通过逆变原理结合单片机技术最终完成了对基于SPWM技术的独立逆变电源的设计。在本设计中，采用软件编程实现SPWM波序列的输出，涉及到了许多单片机控制芯片PIC16F716的PWM模块输出功能。单片机的使用不仅使电路得到精简化，并且提高了SPWM波形的输出效率。
参考文献
[1]韦和平. 现代电力电子及电源技术的发展[J]. 现代电子技术,2005,18:102-105.
[2]任耀东,孙志毅. IR2110驱动芯片在光伏逆变电路中的设
计应用[J]. 电子设计工程,2013,14:109-110.
[3]蒋林,肖伟,珍玛曲宗,普顿. 基于IR2101最大功率跟踪逆
变器的设计与实现[J]. 电子设计工程,2010,11:27-29.
[4]张天保,谢运祥,陈兵. 基于PIC16F716的数字式车载逆变电源的研究和设计[J]. 通信电源技术,2008,04:11-13.
[5]黄世泽,郭勤学,郭其一. 基于PIC16F716微处理器标准型电动机保护器的设计[J]. 低压电器,2006,12:26-29.
论文作者:夏愉乐,何青
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/2
标签：单片机论文; 芯片论文; 逆变器论文; 电路论文; 逆变论文; 系统论文; 电压论文; 《电力设备》2016年第4期论文;