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以AVR单片机为控制核心的数字正弦逆变电源设计

作者:德国赌场 发布时间:2020-01-29 22:01 点击数:

  逆变电源应用广泛,特别是精密仪器对逆变电源性能要求更高。好的逆变电源不仅要求工作稳定、逆变效率高、输出的波形特性好、瞬态响应特性好,还要求逆变电源小型化、智能化、并且具备可扩展性。因此,这里提出一种基于AVR 系列单片机AT90PWM2 的数字正弦逆变电源, 前级SG3525A采用PWM 控制升压电路实现输入和过热保护。后级单片机AT90PWM2 使用单极性倍频SPWM 控制方式进行全桥逆变,且进行输出保护。

  逆变电源的系统整体框图如图1 所示,系统的主电路采用前级推挽升压和后级全桥逆变的2 级结构[2],这样可以避免使用工频变压器,有效降低电源的体积和质量,提高逆变效率。其工作原理为:12 V 的直流输入电压经过滤波后推挽升压和全桥整流升压到350 V 的直流母线电压,再经过全桥逆变电路转变为220 V/50 Hz 的工频交流电。

  为了减小输入电压的影响,采样全桥整流后的输出电压作为反馈电压来控制前级推挽升压电路的控制器, 调节SG3525A 输出PWM 波形的占空比, 使得直流母线 V。同时采样输出滤波电容上的电压和输出滤波电感上电流,采用电压电流双环控制,调节后级全桥逆变电路的SPWM 的输出,从而得到良好的输出波形特性以及稳定的负载特性。

  直流升压电路采用推挽式,其结构简单,效率高。电路中的功率管VQ1,VQ2通过SG3525A outputA,outputB 交替产生的2 路互补PWM 波来控制通断。SG3525A 可以通过调节外接的电阻和电容来产生100 Hz~500 kHz 之间的不同频率段的PWM 波形,其PWM 波的频率fPWM和外接电阻RT,RD,外接电容CT关系为:

  SG3525A 通过反馈的直流母线电压可自动调节PWM 波的占空比,使得输出稳定。同时SG3525A 具有电压的输入欠压锁定和PWM 锁定功能,一旦发生过流或者过压的现象,可以迅速关断PWM,保证了整个电路的安全性。

  SPWM 波形由AVR 单片机系列的AT90PWM2 产生。AT90PWM2 具有2 个12 位的波形发生器PSC0,PSC2, 分别产生2 路互补的SPWM 信号经过驱动电路隔离放大后驱动全桥逆变中的功率管。其中PSC0 生成为VQ3和VQ4的控制信号,PSC2 生成VQ5和VQ6的控制信号。

  选择PSC 工作在中心对齐模式, 并且PSC0 和PSC2 工作在同步状态。则PSC 计数器从寄存器OCRnRB 定义的最大值开始计数,先减到零再加到最大值,当PSC 计数器的值与寄存器OCRnSB,OCRnSA 的值相等时, 则将分别改变PSCn输出引脚PSCOUTn0、PSCOUTn1 的电平。其三角波载波周期

  逆变电路是逆变电源的核心组成部分,完成将直流电压转变为交流电压的过程。采用由4 个IGBT作为功率管组成全桥逆变电路,该电路具有控制方便,功率管利用率高等特可以采用IR2110 驱动电路。IR2110 采用高度集成的电平转换技术,大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求,同时提高了驱动电路的可靠性。尤其是上管采用外部自举电容,使得驱动电源数目较其他驱动器大大减少,如图2 所示。

  由于全桥逆变电路的输出为50 Hz 的基波以及其他高低次谐波,为了得到纯正的正弦波形,必须考虑设置滤波环节。因为谐波主要集中在1 倍和2 倍fSPWM附近,所以设置截止频率fC为fSPWM/5。则有:

  式中,R 为直流侧等效负载电阻,Vout为输出的电流电压,P 为逆变器的额定功率。

  1)高性能的8 位RSIC 结构,1 MIPS/MHz,支持最高16 MHz的时钟;2)8 KB 系统可编程(ISP)的Flash 存储器,支持自举方式编程,512 字节SRAM,512 字节EEPROM;3)4 路PWM通道提供各种PWM 信号, 并可以进行死区设置;4)8 路10 位ADC模块,1个10 位DAC模块,2 个模拟比较器;5) 多达29 个中断源;6)支持UART,SPI,I2C通信方式。其引脚功能分布图如图3 所示。

  其中,PSCOUT00~PSCOUT21 引脚为SPWM 波输出引脚,用来驱动功率开关管,SD 引脚为IR2110 的使能控制,用来开通或者锁定SPWM 的导通。V_MAIN,V_OUT,I_OUT 引脚分别用来采样母线电压,输出电容电流以及电感电压。单片机还包括使用LED 报警功能, 驱动风扇在过热时启动散热功能,ISP 在线下载更新驱动程序以及预留串口通信功能。

  本数字系统采用电感电流反馈控制。将输出电感电流引入控制系统,和输出电容电压一起形成双闭环控制,通过采样输出电感电流和输出电容电压,用外环电压误差的控制信号去控制内环电流, 调节电流使输出电压跟踪参考电压值,提高系统的动态响应。双闭环控制系统由于存在内环回路,增大控制系统带宽,使得逆变器动态响应加快,输出电压的谐波含量减小,对非线性负载的适应能力加强。外环调节器可以按照负荷的变化相应地调整内环调节器的给定值,使调节系统仍然具有较好的品质,所以双闭环控制系统对负荷变化具有较强的适应能力,可使逆变电源的输出性能得到较大的改进。为了简化电压外环设计,可将电流内环看成一个比例环节,电压外环看成一个PI 环节。图4 为双环控制系统框图。

  系统软件设计采用模块化设计,主要包括:硬件初始化模块,正弦表初始化模块,输出保护模块,双闭环调节模块,中断处理模块。主程序和SPWM 产生中断处理模块的流程分别如图5(a)和图5(b)所示。

  根据以上思想完成制作一台1 kW 的样机, 采用IRF3805 作为推挽升压的功率管,RHRP8120 作为整流二极管, 全桥逆变功率管则采用IRG4PC50UD,SG3525A 的PWM波频率设置为80 kHz,SPWM 波的频率设置为10 kHz, 输出滤波电感L 为2.5 mH,输出滤波电容C 为4.7 μF,可得正弦交流输出电压精度220 V±1%, 频率精度50 Hz±0.1% ,THD小于1%,逆变效率大于90%,其空载和满负载时的试验波形如图6(a)和图6(b)所示。

  提出了一种前级由SG3535A 控制推挽升压和后级基于AT90PWM2 的全桥逆变的数字式逆变电源的设计方法。使用AT90PWM2 的波形发生器产生SPWM 波形, 有效简化电路,利用前端负反馈以及后端的双闭环调节使得逆变电源具备输出电压特性的高性能。预留的串口通信和在线下载功能使得逆变电源具备与上位机通信以及扩展功能,完善的保护措施可使逆变电源在发生故障时,具有完善的指示和自动处理功能。

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  1.概述1.1文档说明本设计文档作为“基于AVR32及Labview的3D环境监测及评估系统”的计划书,为项目开展的依据。也作为项目的说明。1.2项目背景本项目希望以AVR微控制器作为基础,配合Atmel公司所公开Zigbee协议栈,对现有的绿地进行全方位的数据采集工作,摒弃原先陈旧且缺乏合理性的绿化覆盖面积标准,而是采用3维立体坐标的方式,测量出每一小块区域各环境参数值的具体数值,绘出3D图像,以立体的环境改善状况作为分析绿地使用价值的有效指标,并通过测试所得的数据,指导根据不同区域的环境特征建立最为合适并具积极效果的绿化设施。本项目也将能够实现对于各项复杂的环境数据的统一数据采集工作,例如对温湿度、可吸入颗粒物、臭氧含量等指标

  上,运用步进电机控制横梁的运动,分别对模具不同层面的内径进行测量。系统采用AVR单片机实现控制步进电机和光栅尺数据读取,通过接收上位机的控制命令,AVR单片机控制步进电机运动,数显表数据和激光控制器位移数据自动经串口发送给上位机,从而完成对模具内径的自动测量。1 系统组成基于AVR的轮胎内径测量系统主要由AVR单片机、上位机、光栅尺、数显表、激光测距仪、驱动器、步进电机、电子手轮、行程开关等组成。其功能框图如图1所示。单片机选用的是爱特梅尔公司的ATmega16;上位机采用研华公司生产的ARK3360L工控机,它拥有多个RS232接口;激光测距仪采用的是日本基恩士公司的LK-G85激光测距传感器和LK-G3001V激光测距控制器

  ,因此需要较复杂的控制逻辑,本文采用CPLD器件EPM7128来解决这一问题,通过软件编程简化硬件设计。处理器及外围控制电路处理器部分是系统的核心,它具有控制和处理两个功能。外围控制接口电路包括讯响部分、空调控制显示部分和串口电路。电源电路设计以尽量减小功耗为目的,整个系统采用了两种供电电源:3.3V 和 5V。3.3V稳压模块采用的是CZ1585CT,5V稳压模块采用的是MC7805T。由于现在稳压电源集成度比较高,电路组成也比较简单,在此就不给出原理图了。软件程序的设计由于整个系统有 单片机 的控制与数据处理,也有PC机的图形处理,还有接口逻辑设计,因此软件调试既包括AVR单片机程序调试,也包括PC机程序的调试,还有硬件逻辑的描述

  AVR单片机的复位:看门狗复位、上电复位、掉电复位看到大家对复位特别是AVR单片机内部的复位功能还不太清楚,现在这里简单说一下,希望在家能有个总体的认识。AVR单片机复位大概有:上电复位、掉电复位、看门狗超时复位、外部复位,这么四种。上电复位:就是在一通电的时候对单片机进行复位,这和我们外接RC复位电路的作用是一样的,AVR单片机内部带有上电复位功能。掉电复位:就是在单片机运行过程中电压突然跌落,这个时候单片机会出现很多不确定的现象,所以在这个时候需要将单片机复位,让它处于一个确定的状态。这就是BOD功能,一个非常实用的功能,AVR单片机带有这个功能。看门狗复位:这是我们常说的看门狗了,就是当程序进入某个地方长时间没有响应

  继电器(Relay),作用是用弱电控制强电。比如,我们用avr单片控制一个220V电压的灯泡,这就必须用到继电器。本课用avr单片机来控制继电器的吸合与断开。Proteus仿线 button,按键一个3 relay,通用继电器一个,并把继电器的Component Value设置为5V4 pnp三极管一个5 LAMP,灯泡一个改为220V6 resistor 1k7DIODE二极管一个这个程序实际上很简单,主要要学习继电器的用法,注意的是,继电器必须接一个二极管。仿真程序如下:#include#include#define int8u unsigned

  远离仪表机壳,实测结果电容效应几乎为零。从而乱码和花屏现象不再出现。2.6外部看门狗与外部时钟看门狗也称程序监视定时器。尽管 AVR单片机系统内也有该功能的设置,但在应用实践中发现当干扰严重时该功能会失效,即系统死机后单片机内部的看门狗也无法复位。故有必要在单片机外部单独设计看门狗电路。如图 5所示,由 MC4060芯片及外围电路构成一个看门狗电路。MC4060是一个带外接振荡的 14分频定时计数器,R18和 C2时间常数决定振荡频率。采用如图 5所示的参数时,该振荡频率经过 2秒左右时间后 14分频计数器将被记满,Q14由低电平变高电平经三极管Q3构成的反相器使输出变为低电平,M16单片机被复位。程序正常运行时,会在

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