小型可调输出电压幅值的逆变器设计
逆变器是将汽流电能变换成交流电能的电气装置，通常用大功率高反压电力电子器件来实现。太阳能发电中，光电池阵列所发出的电为直流电。但是，大多数用电设备的供电为交流电，所以电力系统中常需要将直流电变换成交流电的逆变器。此外，逆变器在工业控制，通信、交通等领域的应用也非常广泛。正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation，spwm)，是指以正弦波做调制波(modulating wa ve)，以f倍于正弦调制波频率的三角波做载波(carrier wave)，进行波形比较后产生一组幅值相等、宽度正比于正弦调制波的矩形脉冲序列，来等效正弦调制波。本文以stc12c5a60s单片机为核心，利用其内部两路可编程计数阵列(pca)模块来模拟脉宽调制法，设计并实现了一个输出电压幅值可调的小型逆变器。
1 系统硬件设计 本文使用altiumdesigner6．9完成硬件电路原理图和pcb图的设计。图1是该设计的总体电路结构图。
该设计实现的功能是将6 v的直流电通过三级功率变换(dc-hfac-dc-lfac)得到频率为50hz，幅度为110 v的工频交流电以供交流负载使用。现将硬件电路各部分的具体设计和功能作如下描述。
1．1电源模块
使用直流到直流变换芯片mc34063与lm7805和lm7812组合得到12 v和5 v的直流电，为硬件电路的各模块提供所需电源。
1．2 前级升压模块
通过sg3525芯片与其外围电路产生两路互补的高频pwm(pulse width modulation)脉冲波，用这两路高频脉冲波分别控制由两个mos(irf 3205)管组成的单边桥高频逆变器，并与高频变压一起实现前级升压。通过前级升压，把6 v的直流电升到300 v左右的高频交流电，为后面的工频逆变做准备。
1．3整流器与滤波模块
4个二极管组成整流桥电路对前级升压模块输出的高频交流电进整流，并且经过lc滤波器进行滤波作为工频逆变桥电路的输入。
1．4 工频逆变器mos桥电路驱动模块
该设计中驱动工频逆变器桥的4个mos管使用ir2110芯片来完成。单片机产生的两路spwm控制信号经过死区时间后作为2片ir2110的逻辑输入。用2片ir2110芯片组成的驱动电路输出4路两两互补的信号，从而控制全桥逆变电路的上、下桥臂的通断，实现逆变功能。
1．5 spwm产生模块
以stc12c5a60s单片机为核心构建的最小系统，作为模块的控制部分。同时增加一个模／数转换电路，通过读取电位器上的电压值，实现逆变器输出幅值可调。两路spwm信号由stc12c5a60s单片机pca模块输出端p1．3口和p1．4口。其原理是用正弦表数据去设置stc12c5a60s单片机pca模块的比较寄存器的值确来模拟脉宽调制法，最终获得宽度正比于正弦调制波的矩形脉冲序列来等效正弦调制波。产生两路spwm波的原理如图2所示。
2 系统软件设计 该设计的控制芯片是宏晶公司的stc12c5a60s单片机，它的内部有两路pca模块。预先通过matlab计算出标准的工频交流电的正弦表，以数组的形式存放在单片机内部扩展数据存储器中。然后利用这个数据表去动态地设置pca模块比较寄存器的值，实现计数周期动态改变，输出的高电平脉冲宽度随正弦规则变化。
主程序流程图如图3所示，pca中断子程序流程图如图4所示。
3 系统测试 3．1 spwm波形产生模块测试
以单片机为核心构成的spwm波形产生模块通过程序控制运行后，可以得到两路互补的spwm波形，如图5所示。用示波器截取了模块的单路spwm几个细节片段图，如图6所示，脉宽是不断变化的。
3．2 整体的系统测试
在输入端输入5 v的直流电，经过系统逆变以后，可以在系统的输出端得到有效值为110 v，频率为50hz的交流电。输出电压经示波器探头衰减10倍以后接入示波器，得到如图7所示图形。示波器的另一路输入是检测全桥电路的左上桥臂的spwm波形，而另一路刚好对应右上桥臂。
4 结语 该设计基于单片机控制的数／模混合电路的实现，使得整个硬件电路的体积大大减小。由于数字单片机的引入，可控性大大增强。
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通过sg3525芯片与其外围电路产生两路互补的高频pwm(pulse width modulation)脉冲波，用这两路高频脉冲波分别控制由两个mos(irf 3205)管组成的单边桥高频逆变器，并与高频变压一起实现前级升压。通过前级升压，把6 v的直流电升到300 v左右的高频交流电，为后面的工频逆变做准备。
1．3整流器与滤波模块
4个二极管组成整流桥电路对前级升压模块输出的高频交流电进整流，并且经过lc滤波器进行滤波作为工频逆变桥电路的输入。
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该设计中驱动工频逆变器桥的4个mos管使用ir2110芯片来完成。单片机产生的两路spwm控制信号经过死区时间后作为2片ir2110的逻辑输入。用2片ir2110芯片组成的驱动电路输出4路两两互补的信号，从而控制全桥逆变电路的上、下桥臂的通断，实现逆变功能。
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2 系统软件设计 该设计的控制芯片是宏晶公司的stc12c5a60s单片机，它的内部有两路pca模块。预先通过matlab计算出标准的工频交流电的正弦表，以数组的形式存放在单片机内部扩展数据存储器中。然后利用这个数据表去动态地设置pca模块比较寄存器的值，实现计数周期动态改变，输出的高电平脉冲宽度随正弦规则变化。
主程序流程图如图3所示，pca中断子程序流程图如图4所示。
3 系统测试 3．1 spwm波形产生模块测试
以单片机为核心构成的spwm波形产生模块通过程序控制运行后，可以得到两路互补的spwm波形，如图5所示。用示波器截取了模块的单路spwm几个细节片段图，如图6所示，脉宽是不断变化的。
3．2 整体的系统测试
在输入端输入5 v的直流电，经过系统逆变以后，可以在系统的输出端得到有效值为110 v，频率为50hz的交流电。输出电压经示波器探头衰减10倍以后接入示波器，得到如图7所示图形。示波器的另一路输入是检测全桥电路的左上桥臂的spwm波形，而另一路刚好对应右上桥臂。
4 结语 该设计基于单片机控制的数／模混合电路的实现，使得整个硬件电路的体积大大减小。由于数字单片机的引入，可控性大大增强。
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