(安徽新华学院 安徽合肥 230088)
本文首先介绍课题研究的背景、单相电压型逆变器发展现状，并介绍课题研究的主要内容；其次，介绍系统总体设计方案，从系统总体框图、控制器、DC/AC模块、升压模块选择，最终确定单相逆变器的总体方案；再次，介绍系统的硬件设计，从STC12C5A60S2单片机最小系统电路的设计、DC/AC模块电路的设计到DC/DC升压电路的设计；紧接着，论文详细第对系统软件设计进行介绍，从总体流程图、SPWM波形成、单片机软件编程；最后，进行软硬件联合调试及数据分析处理，介绍软硬件联合调试步骤、数据测量分析、数据处理、调试结果，给出设计总结与后续工作展望。
单相电压型逆变电路控制电路的发展与电子器件的发展紧密结合在一起，电子器件的发展带动着单相电压型逆变电源的发展，从上世纪60年代开始到现在，单相电压型逆变电路控制电路一共经历了二代的发展：
上世纪70年代末期出现了多种开关管控制的局面，此时的单相电压型逆变电路控制电路就是所说的第二代单相电压型逆变电路控制电路。它们的开关器件为自关断器件，主要是IGBT、MOS管。第二代单相电压型逆变电路控制电路优点明显：①电路简洁、发热量低、效率高；②性能得到了大幅度的提高。因此，第二代单相电压型逆变电路控制电路IGBT型的逆变器主要应用在中小型逆变电源电路中。上世纪90年代初，出现了以DSP为控制器的第三代单相电压型逆变电路控制电路逆变电源，其基本上都采用了反馈压控制，使单相电压型逆变电路控制电路的稳定性、效率都大幅提升。电路较为复杂，采用高性能的DSP、cpld、FPGA等芯片进行控制，智能化程度非常高。
1. 课题研究的主要内容
通过上述对单相电压型逆变器的研究现状分析，本文主要对基于IGBT的输入12V直流电，输出24V、频率为50Hz的逆变器的系统总体方案设计、系统的硬件设计、系统的软件设计、软硬件联合调试和数据分析处理等四个方面进行深入的探讨与研究：对课题所研究的单相电压型逆变电路控制电路进行了文献调研，对其总体方案进行分析，给出总体原理框图，并对其中的控制器、DC/AC模块电路、升压模块的方案进行分析并给出具体的器件方案。根据系统的总体设计方案，对总体原理框图的每一部分进行设计，其中包括单片机最小系统电路设计、DC/AC模块电路设计、升压电路设计、滤波电路设计等。对单相电压型逆变电路的软件进行设计，确定总体软件流程，并分析SPWM波产生原理及程序，介绍单片机软件编程，根据软件硬件画出proteus原理图并进行仿真。将软硬件联合调试及数据分析处理，介绍软硬件联合调试步骤、数据测量分析、数据处理、调试结果，最后给出设计总结与后续工作展望。本设计的系统总体框图包括：控制器模块、DC/AC模块、升压模块、降压模块、滤波模块等。控制器模块是系统的核心部分，其主要是输出SPWM脉冲波去控制DC/AC模块；DC/AC模块的作用是将SPWM脉冲信号转换成正弦波，并提供大电流的DC/AC电路；升压模块是将输入的直流12V电源升压成为34V的直流电源，为DC/AC模块提供转换电源；降压模块的作用是将直流12V电源转换成控制器工作所需要的直流5V电源；滤波模块的作用是将DC/AC模块输出的带毛刺的正弦波电源转换成纯正弦波电源。
为了实现各个模块的功能并能将各个模块有机地联系结合起来，必须选择正取有效的器具才能完成本设计所实现的功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，必须对各个模块进行方案的比较与选择，同时兼顾整体功能。下面对DC/AC模块进行方案选择。
逆变器电路是直流DC转变成交流AC，而DC/AC模块就是将直流电转换成交流电的电路。因此，DC/AC是逆变器系统中最重要的部件之一，是整个系统的主导部件，它的性能很大一部分决定了逆变器的性能，例如对功率、电压等级、输出波形稳定性等都起着关键的作用。
全桥式逆变电路作为DC/AC模块电路。对角线上管子交替导通Q1、Q3导通Uo=+Ud，Q2、Q4导通Uo=-Ud。纯阻性负载，相同负载下，输出电压和输出电流的幅值为单向半桥的2倍。结构简单，通入SPWM信号就可以输出电能质量较好、谐波分量较小、失真较小的正弦波。系统输出电压为交流24V，所以DC/AC模块电路的工作电压必须为24V×=34V的电压，因此系统采用LM2577非隔离DC/DC升压模块进行升压，。LM2577芯片内部的第4脚和第3引脚之间有一个开关管，产生PWM，来控制这个开关管导通和关断。当开关导通的时候，输入的电流就通过电感，开关管，给电感充电；然后开关关断，电感就会通过续流二极管D4给负载供电，通输入也通过电感和二极管供电。电感和输入通过叠加的作用就实现了升压。然后输出电压通R6、W1的比例电阻的分压反馈给芯片，芯片通过计算来调节输出方波的占空比，从而是输出电压稳定在34V。本系统采用全桥式逆变电路实现直流DC转换成交流AC，其电路如图3.2所示。图中Q1～Q4为IGBT管子，采用的型号为FGA25N120，FGA25N120内部包括有场效应管、双极型三极管两种器件，兼备场效应管和双极型三极管的综合优点。图中1个IR2104可以同时驱动两路FGA25N120，U1驱动Q2和Q4，U2驱动Q1和Q3。U1、U2的第2引脚分别接到单片机的P1.3和P1.4的SPWM信号输出引脚。L1和C3组成LC滤波模块，将DC/AC模块输出的带毛刺的正弦波电源转换成纯正弦波电源。
总结
本文对逆变器的系统进行了主要四个方面的总结：总体方案的设计绘制了系统的总体原理框图，并控制器方案选择、DC/AC模块电方案选择路、升压模块的方案选择进行论证；系统的硬件设计、系统的软件设计、软硬件联合调试和数据分析处理等四个方面进行深入的探讨与研究。对总体原理框图的每一部分进行器件设计，其中包括单片机最小系统电路设计、DC/AC模块电路设计、升压电路设计、滤波电路设计等。将软硬件联合调试及数据分析处理，介绍软硬件联合调试步骤、数据测量分析、数据处理、调试结果，最后给出设计总结与后续工作展望。本文经过研究设计，完成了基于单片机的单相电压型逆变电路控制电路的设计工作，搭建了proteus仿真平台，实验结果表明基于IGBT的单相电压型逆变电路控制电路能够很好地满足本课题要求，然而由于个人精力以及能力水平受限，课题的研究工作还存在一些不足之处以及后续可能开展的一些工作内容做一些总结。
1.本文系统总体方案设计、系统的硬件设计、系统的软件设计、软硬件联合调试和数据分析处理对单相电压型逆变电路控制电路进行深入的探讨与研究。对于单相电压型逆变电路控制电路设计的分析过程中，忽略了开关谐振的过程，进行了一定程度的简化，得到了数据不够精确。
2.在仿真模型的搭建过程中，IGBT的模型采用的是理想变器件，由于在实际实物的制造，IGBT器件需要考虑其内部电阻、与外部电路产生谐振、开关频率等特性参数，这些参数会对实际逆变电路控制电路的运行造成影响，在后续的工作中需要加以考虑。
论文作者:吴世杰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/17
标签：电路论文; 模块论文; 单相论文; 电压论文; 系统论文; 逆变论文; 逆变器论文; 《电力设备》2018年第34期论文;