CN108258886A - 一种基于单片机的单相正弦波逆变电源 - Google Patents

一种基于单片机的单相正弦波逆变电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单片机的单相正弦波逆变电源，包括全桥逆变电路及LC滤波电路，输入的直流电压经全桥逆变电路转变为交流电，并经LC滤波电路滤波后形成正弦波交流电，LC滤波电路的输出端依次经电压采样电路、PID调节器、SPWM信号产生器及光电耦合器与全桥逆变电路相连，电压采样电路也要采集LC滤波电路的输出电压，与参考电压一起经PID调节器计算后输出控制量，经SPWM信号产生器计算后形成新的SPWM波，并输入全桥逆变电路来调节输出电压值。本发明能够提高逆变电源的功率和效率，具有较快的导通速度和较低的开关损耗，且通过PID调节器对输出电压进行反馈调整，经SPWM信号产生器计算后形成新的SPWM波，能够使输出电压保持稳定，保证系统长期稳定地工作。

Description

一种基于单片机的单相正弦波逆变电源
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种基于单片机的单相正弦波逆变电源。
背景技术
逆变电源能够将市电转换为用户所需频率的交流电，同时能够将单相交流电转换为多相交流电，因此逆变电源在航空、电力、铁路交通和通信等诸多领域得到了广泛的应用。现有的逆变电源的功率较低，开关管的导通速度较低，此外，由于输入电压随着负载变化会有所降低，且系统滤波电感具有电阻成分，这样会导致系统开环下负载调整率增大，从而使输出电压不稳定，影响负载的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单片机的单相正弦波逆变电源，能够提高逆变电源的功率和效率，且具有较快的导通速度和较低的开关损耗，保证逆变电源长期稳定地工作。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于单片机的单相正弦波逆变电源，包括全桥逆变电路及LC滤波电路，输入的直流电压经全桥逆变电路转变为交流电，并经LC滤波电路滤波后形成正弦波交流电，所述LC滤波电路的输出端依次经电压采样电路、PID调节器、SPWM信号产生器及光电耦合器与全桥逆变电路相连，电压采样电路也要采集LC滤波电路的输出电压，与参考电压一起经PID调节器计算后输出控制量，经SPWM信号产生器计算后形成新的SPWM波，并输入全桥逆变电路来调节输出电压值。
优选地，所述全桥逆变电路包括第一驱动芯片和第二驱动芯片，第一驱动芯片的上端自举端口HB经第一电容与第一驱动芯片的上端源极接口HS相连，第一驱动芯片的上端输出口HD经第一电阻与第一开关管的栅极相连，第一电阻两端并联有第一稳压二极管，第一开关管的栅极还经第二电阻与第一开关管的源极相连，第一开关管的漏极经第二电容连接电源正极，所述第一驱动芯片的下端输出口LO经第三电阻与第二开关管的栅极相连，第三电阻两端并联有第二稳压二极管，第二开关管的栅极还经第四电阻与第二开关管的源极相连，第二开关管的源极接地，第二开关管的漏极与第一开关管的源极相连，所述第一驱动芯片的上端输入口HI和下端输入口LI分别经光耦隔离器与SPWM信号产生器相连，第一驱动芯片的上端输入口HI经第五电阻与第二驱动芯片相连，第一驱动芯片的下端输入口LI经第六电阻与第二驱动芯片相连；
所述第二驱动芯片的上端自举端口HB经第三电容与第二驱动器芯片的上端源极接口HS相连，第二驱动芯片的上端输出口HD经第七电阻与第三开关管的栅极相连，第七电阻两端并联有第三稳压二极管，第三开关管的栅极还经第八电阻与第三开关管的源极相连，第三开关管的漏极经第四电容连接电源正极，第四电容还分别与第五电阻和第六电阻相连，所述第二驱动芯片的上端输入口HI和下端输入口LI分别经光耦隔离器与SPWM信号产生器相连，第二驱动芯片的上端输入口HI经第九电阻接地，第二驱动芯片的下端输入口LI经第十电阻接地，所述第二驱动芯片的下端输出口LO经第十一电阻与第四开关管的栅极相连，第十一电阻两端并联有第四稳压二极管，第四开关管的栅极还经第十二电阻与第四开关管的源极相连，第四开关管的源极接地，第四开关管的漏极与第三开关管的源极相连，所述第四开关管的漏极依次经第五电容和第一电感与第二开关管的漏极相连，所述第一电感与第五电容的公共端和四开关管的漏极一起输出交流电压。
优选地，所述第一驱动芯片和第二驱动芯片均采用UCC27211半桥驱动芯片。
本发明利用全桥逆变电路来讲输入的直流电转变为交流电，利用SPWM信号产生器来产生SPWM信号，从而调节输出电压的大小，无需进行boost升压，能够提高系统的效率，全桥逆变电路采用两个驱动芯片，能够提高开关关的导通速度，降低开关损耗；此外，输出的正弦波交流电经电压采样电路采样后，输入PID调节器进行反馈调整，与参考电压比较后得到调整量并输入SPWM信号产生器，经SPWM信号产生器计算后形成新的SPWM波，并输入全桥逆变电路来调节输出电压值，从而使输出电压保持稳定，保证系统长期稳定地工作。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明所述全桥逆变电路的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1及图2所示，本发明所述的一种基于单片机的单相正弦波逆变电源，包括全桥逆变电路及LC滤波电路，输入的直流电压经全桥逆变电路转变为交流电，并经LC滤波电路滤波后形成正弦波交流电，LC滤波电路的输出端依次经电压采样电路、PID调节器、SPWM信号产生器及光电耦合器与全桥逆变电路相连，电压采样电路也要采集LC滤波电路的输出电压，与参考电压一起经PID调节器计算后输出控制量，经SPWM信号产生器计算后形成新的SPWM波，并输入全桥逆变电路来调节输出电压值。
全桥逆变电路包括第一驱动芯片IC1和第二驱动芯片IC2，在本实施例中，第一驱动芯片IC1和第二驱动芯片IC2均采用UCC27211半桥驱动芯片，第一驱动芯片IC1的上端自举端口HB经第一电容C1与第一驱动芯片IC1的上端源极接口HS相连，第一驱动芯片IC1的上端输出口HD经第一电阻R1与第一开关管Q1的栅极相连，第一电阻R1两端并联有第一稳压二极管D1，第一开关管Q1的栅极还经第二电阻R2与第一开关管Q1的源极相连，第一开关管Q1的漏极经第二电容C2连接电源正极VCC，第一驱动芯片IC1的下端输出口LO经第三电阻R3与第二开关管Q2的栅极相连，第三电阻R3两端并联有第二稳压二极管D2，第二开关管Q2的栅极还经第四电阻R4与第二开关管Q2的源极相连，第二开关管Q2的源极接地，第二开关管Q2的漏极与第一开关管Q1的源极相连，第一驱动芯片IC1的上端输入口HI和下端输入口LI分别经光耦隔离器与SPWM信号产生器相连，第一驱动芯片IC1的上端输入口HI经第五电阻R5与第二驱动芯片IC2相连，第一驱动芯片IC1的下端输入口LI经第六电阻R6与第二驱动芯片IC2相连。
第二驱动芯片IC2的上端自举端口HB经第三电容C3与第二驱动器芯片的上端源极接口HS相连，第二驱动芯片IC2的上端输出口HD经第七电阻R7与第三开关管Q3的栅极相连，第七电阻R7两端并联有第三稳压二极管D3，第三开关管Q3的栅极还经第八电阻R8与第三开关管Q3的源极相连，第三开关管Q3的漏极经第四电容C4连接电源正极VCC，第四电容C4还分别与第五电阻R5和第六电阻R6相连，第二驱动芯片IC2的上端输入口HI和下端输入口LI分别经光耦隔离器与SPWM信号产生器相连，第二驱动芯片IC2的上端输入口HI经第九电阻R9接地，第二驱动芯片IC2的下端输入口LI经第十电阻R10接地，第二驱动芯片IC2的下端输出口LO经第十一电阻R11与第四开关管Q4的栅极相连，第十一电阻R11两端并联有第四稳压二极管D4，第四开关管Q4的栅极还经第十二电阻R12与第四开关管Q4的源极相连，第四开关管Q4的源极接地，第四开关管Q4的漏极与第三开关管Q3的源极相连，第四开关管Q4的漏极依次经第五电容C5和第一电感L1与第二开关管Q2的漏极相连，第一电感L1与第五电容C5的公共端和四开关管Q4的漏极一起输出交流电压。
本发明能够提高逆变电源的功率和效率，具有较快的导通速度和较低的开关损耗，且通过PID调节器对输出电压进行反馈调整，经SPWM信号产生器计算后形成新的SPWM波，能够使输出电压保持稳定，保证系统长期稳定地工作。

Claims (3)

1.一种基于单片机的单相正弦波逆变电源，其特征在于：包括全桥逆变电路及LC滤波电路，输入的直流电压经全桥逆变电路转变为交流电，并经LC滤波电路滤波后形成正弦波交流电，所述LC滤波电路的输出端依次经电压采样电路、PID调节器、SPWM信号产生器及光电耦合器与全桥逆变电路相连，电压采样电路也要采集LC滤波电路的输出电压，与参考电压一起经PID调节器计算后输出控制量，经SPWM信号产生器计算后形成新的SPWM波，并输入全桥逆变电路来调节输出电压值。
2.如权利要求1所述的一种基于单片机的单相正弦波逆变电源，其特征在于：所述全桥逆变电路包括第一驱动芯片和第二驱动芯片，第一驱动芯片的上端自举端口HB经第一电容与第一驱动芯片的上端源极接口HS相连，第一驱动芯片的上端输出口HD经第一电阻与第一开关管的栅极相连，第一电阻两端并联有第一稳压二极管，第一开关管的栅极还经第二电阻与第一开关管的源极相连，第一开关管的漏极经第二电容连接电源正极，所述第一驱动芯片的下端输出口LO经第三电阻与第二开关管的栅极相连，第三电阻两端并联有第二稳压二极管，第二开关管的栅极还经第四电阻与第二开关管的源极相连，第二开关管的源极接地，第二开关管的漏极与第一开关管的源极相连，所述第一驱动芯片的上端输入口HI和下端输入口LI分别经光耦隔离器与SPWM信号产生器相连，第一驱动芯片的上端输入口HI经第五电阻与第二驱动芯片相连，第一驱动芯片的下端输入口LI经第六电阻与第二驱动芯片相连；
所述第二驱动芯片的上端自举端口HB经第三电容与第二驱动器芯片的上端源极接口HS相连，第二驱动芯片的上端输出口HD经第七电阻与第三开关管的栅极相连，第七电阻两端并联有第三稳压二极管，第三开关管的栅极还经第八电阻与第三开关管的源极相连，第三开关管的漏极经第四电容连接电源正极，第四电容还分别与第五电阻和第六电阻相连，所述第二驱动芯片的上端输入口HI和下端输入口LI分别经光耦隔离器与SPWM信号产生器相连，第二驱动芯片的上端输入口HI经第九电阻接地，第二驱动芯片的下端输入口LI经第十电阻接地，所述第二驱动芯片的下端输出口LO经第十一电阻与第四开关管的栅极相连，第十一电阻两端并联有第四稳压二极管，第四开关管的栅极还经第十二电阻与第四开关管的源极相连，第四开关管的源极接地，第四开关管的漏极与第三开关管的源极相连，所述第四开关管的漏极依次经第五电容和第一电感与第二开关管的漏极相连，所述第一电感与第五电容的公共端和四开关管的漏极一起输出交流电压。
3.如权利要求2所述的一种基于单片机的单相正弦波逆变电源，其特征在于：所述第一驱动芯片和第二驱动芯片均采用UCC27211半桥驱动芯片。
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