单相正弦波逆变电源_设计说明
单相正弦波逆变电源
摘要：本单相正弦波逆变电源的设计，以12V蓄电池作为输入，输出为36V、50Hz的标准正弦波交流电。该电源采用推挽升压和全桥逆变两级变换，在控制电路上，前级推挽升压电路采用SG3525芯片控制，闭环反馈；逆变部分采用驱动芯片IR2110进行全桥逆变，采用U3990F6完成SPWM的调制，后级输出采用电流互感器进行采样反馈，形成双重反馈环节，增加了电源的稳定性；在保护上，具有输出过载、短路保护、过流保护、空载保护等多重保护功能电路，增强了该电源的可靠性和安全性；输出交流电压通过AD637的真有效值转换后，再由STC89C52单片机的控制进行模数转换，最终将电压值显示到液晶12864上，形成了良好的人机界面。该电源很好的完成了各项指标，输入功率为46.9W，输出功率为43.6W，效率达到了93%，输出标准的50Hz正弦波。
关键词：单相正弦波逆变 DC-DC DC-AC SPWM
Abstract: The single-phase sine wave inverter power supply design, battery as a 12V input and output for the 36V, 50Hz standard AC sine wave. The use of push-pull power booster and two full-bridge inverter transform，in the control circuit, the pre-boost push-pull circuit using SG3525 chip control,closed-loop feedback;inverter driver IC IR2110 in part to the use of full-bridge inverter using SPWM modulation U3990F6 completed,level after the use of current transformer output sampling feedback. The feedback link in the formation of a double and increase the stability of power. In protection, with output overload, short circuit protection, over current protection, the protection of multiple no-load protection circuit, which enhancing the reliability of the power supply and safety.AC voltage output of the AD637 True RMS through conversion, and then from the control of single-chip STC89C52 analog-digital conversion, the final value of the voltage to the liquid crystal display 12864 on the formation of a good man-machine interface. The completion of the power good indicators, input power to 46.9W, output power of 43.6W,
the efficiency reached 93%, 50Hz sine wave output standards.
Key words: Single-phase sine wave inverter DC-DC DC-AC SPWM
目录
1.系统设计 (4)
1.1设计要求 (4)
1.2总体设计方案 (4)
1.2.1设计思路 (4)
1.2.2方案论证与比较 (5)
1.2.3系统组成 (8)
2.主要单元硬件电路设计 (9)
2.1DC-DC变换器控制电路的设计 (9)
2.2DC-AC电路的设计 (10)
2.3 SPWM波的实现 (10)
2.4 真有效值转换电路的设计 (11)
2.5 保护电路的设计 (12)
2.5.1 过流保护电路的设计 (12)
2.5.2 空载保护电路的设计 (13)
2.5.3 浪涌短路保护电路的设计 (14)
2.5.4 电流检测电路的设计 (15)
2.6 死区时间控制电路的设计 (15)
2.7 辅助电源一的设计 (15)
2.8 辅助电源二的设计 (15)
2.9 高频变压器的绕制 (17)
2.10 低通滤波器的设计 (18)
3.软件设计 (18)
3.1 AD转换电路的设计 (18)
3.2液晶显示电路的设计 (19)
4.系统测试 (20)
4.1测试使用的仪器 (20)
4.2指标测试和测试结果 (21)
4.3结果分析 (24)
5.结论 (25)
参考文献 (25)
附录1 使用说明 (25)
附录2 主要元器件清单 (25)
附录3 电路原理图及印制板图 (28)
附录4 程序清单 (39)
1.系统设计
1.1设计要求
制作车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输入单路12V直流，输出220V/50Hz。满载时输出功率大于100W，效率不小于80%，具备过流保护和负载短路保护等功能。
1.2总体设计方案
1.2.1设计思路
题目要求设计一个车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输出电压波形为正弦波。设计中主电路采用电气隔离、DC-DC-AC的技术，控制部分采用SPWM（正弦脉宽调制）技术，利用对逆变原件电力MOSFET的驱动脉冲控制，使输出获得交流正弦波的稳压电源。
1.2.2方案论证与比较
⑴ DC-DC变换器的方案论证与选择
方案一：推挽式DC-DC变换器。推挽电路是两不同极性晶体管输出电路无输出变压器（有OTL、OCL等）。是两个参数相同的功率BJT 管或MOSFET管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务。电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高。推挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推挽式拓扑结构原理图如图1.2.1所示。
CC
ND
图1.2.1 推挽式拓扑结构图
方案二：Boost升压式DC-DC变换器。拓扑结构如图1.2.2 所示。开关的开通和关断
C
受外部PWM信号控制，电感L将交替地存储和释放能量，电感储能后使电压泵升，而电容
out 可将输出电压保持平稳，通过改变PWM控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。该电路采取直接直流升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。
图1.2.2 Boost电路
方案比较：方案一和方案二都适用于升压电路，推挽式DC-DC变换器可由高频变压器将电压升至任何值。Boost升压式DC-DC变换器不使用高频变压器，由12V升压至312V，PWM 信号的占空比较低，会使得Boost升压式DC-DC变化器的损耗比较大。所以采用方案一。（2）DC-AC变换器的方案论证与选择
方案一：半桥式DC-AC变换器。在驱动电压的轮流开关作用下,半桥电路两只晶体管交替导通和截止,它们在变压器T原边产生高压开关脉冲,从而在副边感应出交变的方波脉冲,实现功率转换。半桥电路输入电压只有一半加在变压器一次侧，这导致电流峰值增加，因此半桥电路只在500W或更低输出功率场合下使用，同时它具有抗不平衡能力，从而得到广泛应用。半桥式拓扑结构原理图如图1.2.3所示。
图1.2.3 半桥式拓扑结构图
方案二：全桥DC-AC变换器。全桥电路中互为对角的两个开关同时导通，而同一侧半
V的交流电压，加在变压器一次侧。改变开桥上下两开关交替导通，将直流电压成幅值为
in
V。全桥式电路如图1.2.4所示。
关的占空比，也就改变了输出电压
out
Lo
V t
图1.2.4 全桥式电路
方案比较：方案一和方案二都可以作为DC-AC 变换器的逆变桥，由两者的工作原理可知，半桥需要两个开关管，全桥需要四个开关管。半桥和全桥的开关管的耐压都为DC V ,而半桥输出的电压峰值是DC V 2
1，全桥输出电压的峰值是DC V ，所以在获得同样的输出电压的时候，全桥的供电电压可以比半桥的供电电压低一半。出于这点的考虑，决定采用方案二。 （3）辅助电源的方案论证与选择
方案一：采用线性稳压器7805。
方案二：采用Buck 降压式DC-DC 变换器。
方案比较：方案一的优点在于可以使用很少的元器件构成辅助电源一，但是效率较低。方案二的优点在于效率高达90%，缺点是需要的元器件多，且成本较高。由于辅助电源一会影响到整个系统的效率，所以采用方案二。
图1.2.5 直接数据处理框图
方案二：使用电流传感器加真有效值转化器以及ADC 对电流进行采样读数。利用电流传感器和电阻将电流转换成电压输出，经AD637进行真有效值转换后，由ADC0832进行读数，
1.2.3 系统组成
系统方框图如图1.2.7所示，先采用DC-DC 变换器把12V 蓄电池的电压升至312V ，保证输出真有效值为36V 的正弦波不出现截止失真和饱和失真。输出电压反馈采用调节SPWM 信号脉宽的方式。该系统采用两组相互隔离的辅助电源供电，一组供给SPWM 信号控制器使用，另外一组供给输出电压、电流测量电路使用，这样避免了交流输出的浮地和蓄电池的地
不能共地问题。因为SPWM控制器输出的SPWM信号不含死区时间，所以增加了死区时间控制电路和逆变桥驱动电路。空载检测电路使得当没有负载接入时，让系统进入待机模式，当有负载接入时，才进行逆变工作模式。同时，空载检测电路也作为过流保护的采样点。输出电流检测使用电流互感器和真有效值转换芯片AD637实现。输出电压也使用AD637进行RMS-DC 转换后，由ADC采样后分析，在液晶屏幕上显示。
图1.2.7 系统组成图
2. 单元硬件电路设计
2.1 DC-DC变换器控制电路的设计
DC-DC变换器控制电路如图2.1.1所示。SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。
可以补充一些SG3525芯片资料（部结构、封装、引脚端功能）