基于ATmega8 單片機控制的正弦波逆變電源

0引言

在風電行業(yè)中，經(jīng)常需要在野外對風機進行維修，這時必須為各類維修工具和儀器進行供電。因此，設計一種便攜式。低功耗。智能化的正弦逆變電源來為這些設備供電是十分必要的，可大大提高維修風機的效率。

本文正是基于這種情況下而設計的一種基于單片機的智能化正弦逆變電源。

1正弦逆變電源的設計方案

本文所設計的逆變器是一種能夠將DC 12 V直流電轉換成220 V正弦交流電壓，并可以提供給一般電器使用的便攜式電源轉換器。目前，低壓小功率逆變電源已經(jīng)被廣泛應用于工業(yè)和民用領域。特別是在交通運輸。野外測控作業(yè)。機電工程修理等無法直接使用市電之處，低壓小功率逆變電源便成為必備的工具之一，它只需要具有一塊功率足夠的電池與它連接，便能產(chǎn)生一般電器所需要的交流電壓。由于低壓小功率逆變電源所處的工作環(huán)境，都是在荒郊野外或環(huán)境惡劣。干擾多的地方，所以對它的設計要求就相對很高，因此它必須具備體積小。重量輕。成本低?？煽啃愿摺？垢蓴_強。電氣性能好等特點。

針對這些特點和要求，研究一種簡單實用的正弦波逆變電源，以低價實惠而又簡單的元器件組成電路來滿足實際要求，定會受到市場的普遍歡迎。當前，設計低功率逆變電源有多種方案，早期的設計方案是直接將直流電壓用雙開關管進行控制，在50 Hz方波的作用下，產(chǎn)生220 V的方波逆變電壓。

但隨著用電設備對逆變電源性能的要求不斷的提高，方波逆變電源在多數(shù)場合已被淘汰，而正弦波逆變器的應用已成為必然趨勢?，F(xiàn)在，市場上低功率正弦波逆變電源的主要設計方案有3種。

1.1一次逆變的正弦波逆變電源

該方案也是將要逆變的直流電壓直接加到雙開關管上，然后采用數(shù)十倍于50 Hz的正弦化脈沖寬度調制脈沖串對開關管直接進行驅動，之后對輸出的電壓實行“平滑”處理，進而獲得類似于正弦波的連續(xù)變化的波形，這種方法的優(yōu)點是電路一次逆變，高效而簡單。但變壓器過于笨重，沒辦法滿足體積小，重量輕的要求。

1.2多重逆變的正弦波逆變電源

該方案是將驅動開關管的50 Hz信號，分成若干相位不同而頻率相同的驅動信號，分別驅動各自的開關管，使得各自的輸出電壓也錯開一定的相位，然后再進行疊加處理，輸出多階梯的階梯波再進行濾波就能輸出所需的正弦波電壓。此種方案電路較為復雜，一旦有一組開關管失效，輸出的波形就有很大的失真。

1.3二次逆變的正弦波逆變電源

隨著高頻開關管技術的日趨成熟，逆變電源的電路設計趨向于先變壓，后變頻，即先將直流電壓轉為高頻交流電，再將高頻交流電轉換為50 Hz的正弦交流電源，其原理框圖如圖1所示。

由于開關管的價格低廉，因此組成圖1的單元電路性價比高，當前市場上以此種設計方案來生產(chǎn)低功率逆變電源的居多。

2基于單片機控制的正弦波逆變電源

在以上列舉的三種逆變電源設計方案當中，以二次逆變的正弦波逆變電源為佳。按照這種思路，早期的具體電路解決方案多采用PWM控制芯片如TL494，SG3524，SG3525A等，以固定的頻率去控制DC/DC和DC/AC部分的開關管，并采用修正電路對輸出的波形進行修正，以期達到正弦波的要求。但這種純PWM芯片控制的電路，對于元件的老化。發(fā)熱。受到干擾等情況無法自動加以修正，或者修正能力差，往往使得在實際的應用當中經(jīng)常出現(xiàn)電路故障。隨著單片機技術的發(fā)展，設計人員不斷想將單片機引入到正弦逆變電源的控制當中，但對于高頻部分的控制，低成本的單片機完成不了這個功能，高成本的單片機又會降低性價比，故本文提出了另外一種設計方案，就是采用低廉的ATmega8單片機，配合TL494，IR2110和開關管，構成一個體積小，成本低，控制能力強的正弦波逆變電源，其方框圖如圖2所示。

由圖2可見，整個系統(tǒng)主要由ATmega8單片機進行控制，TL494和IR2110是否工作，全由單片機根據(jù)反饋信號作出調整。高頻開關管及驅動輸出部分采用單相全橋逆變電路構成。具體工作原理是采用ATmega8單片機作為系統(tǒng)控制的核心，利用TL494能產(chǎn)生高頻PWM信號的功能，通過單片機對其脈沖寬度進行控制并輸出，以控制高頻開關管組成的全相逆變電路，將低直流電壓逆變成為高壓方波，并通過整流濾波之后，送到驅動輸出全橋逆變電路，由單片機控制IR2110輸出工頻驅動信號，控制輸出驅動電路輸出50 Hz，220 V的正弦交流電壓。

3主要電路的具體設計

整個逆變系統(tǒng)的核心主要由單片機控制電路與檢測電路。DC/DC變換電路。DC/AC輸出電路組成。

3.1 DC/DC變換電路

如圖3所示，由TL494組成了高頻脈沖輸出電路，該電路采用了性能優(yōu)良的脈寬調制控制器TL494集成塊。該集成塊內含+5 V基準電源。誤差放大器，頻率可變鋸齒波振蕩器。PWM比較器。觸發(fā)器。輸出控制電路。輸出晶體管及死區(qū)時間控制電路等。該集成塊的第5~6腳分別外接了C1和R6組成了RC振蕩電路，可促使TL494輸出頻率為100引腳對圖中的DCDC端進行控制。通過控制第4腳的死區(qū)時間控制端，可調節(jié)輸出信號的占空比在0~49%之間變化，從而控制輸出端Q1PWM~Q2PWM的輸出，而P端。VCC端和VFB端則分別接收來自負載，高頻逆變輸出電壓。輸入電壓的反饋信號，與TL494內部的電路組成過壓。過載保護電路，形成逆變器的第一級安全保護網(wǎng)。