基于AVR單片機(jī)的逆變并網(wǎng)裝置的設(shè)計(jì)

摘 要:本裝置主要以AVR單片機(jī)為核心，通過SG3525芯片完成DC-DC穩(wěn)壓電路，有單片機(jī)產(chǎn)生的SPWM波形完成DC-AC逆變并網(wǎng)。SPWM波形，經(jīng)光耦將主電路與控制電路隔離后將信號(hào)由一個(gè)非門變?yōu)閮陕坊パa(bǔ)SPWM波形作為IR2110驅(qū)動(dòng)芯片的輸入，兩個(gè)IR2110輸出控制逆變環(huán)節(jié)的MOS管導(dǎo)通。使整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作規(guī)定范圍內(nèi)，通過采樣環(huán)節(jié)，可以做到實(shí)時(shí)的調(diào)整。也可以通過采樣電流的信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的過電流進(jìn)行保護(hù)，設(shè)置了欠電壓工作點(diǎn)，通過這些環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)在出現(xiàn)故障后能夠有良好的保護(hù)。

關(guān)鍵詞:IR2110 SPWM DC-AC

中圖分類號(hào):TP3 \t\t\t文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A\t\t\t文章編號(hào):1672-3791(2011)10(a)-0048-01

1 方案論證

通過對(duì)題目的分析了解，可將系統(tǒng)分為以下幾部分構(gòu)成系統(tǒng)框圖。如圖1所示。

1.1 DC-AC模塊

圖2為DC-AC逆變電路原路圖，Q2與Q4，Q2與Q5不能同時(shí)導(dǎo)通，否則會(huì)造成電源短路，這是絕對(duì)不允許的。

故MOS管的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)電路有如下方案。

方案一:采用CMOS器件驅(qū)動(dòng)MOS管。直接用CMOS器件驅(qū)動(dòng)電力MOS，它們可以共用一組電源。不過這種驅(qū)動(dòng)電路開關(guān)速度低，并且驅(qū)動(dòng)功率要受電流源和COMS器件吸收容量的限制，對(duì)MOS管的驅(qū)動(dòng)具有一定的限制要求。

方案二:電路集成芯片IR2110具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道，懸浮電源采用自舉電路，在15V下靜態(tài)功耗僅116mW，輸出的電源端電壓范圍10V～20V，邏輯電壓范圍3.3V～20V，可方便地與TTL或CMOS電平相匹配，工作頻率高，可達(dá)100kHz，開通關(guān)斷延遲小。兩種方案相比較采用方案二能夠更好的實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)能力。

開關(guān)信號(hào)一般采用正弦脈寬調(diào)制信號(hào)(SPWM)。DC-DC部分采用PWM集成芯片SG3525。DC-AC部分通過將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)中，來產(chǎn)生所需要的SPWM信號(hào)。

2 理論分析與計(jì)算

2.1 DC-DC電路參數(shù)的計(jì)算

采樣的反饋電壓送入SG3525，芯片自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率輸出PWM，達(dá)到采樣電壓與給定電壓相等。

通過改變SG3525輸出的PWM頻率，通過外部電阻調(diào)節(jié)可以改變反饋系數(shù)和反饋電壓。為了保證驅(qū)動(dòng)后斬波輸出電壓為30V，通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試選擇了Rt=3.38kΩ，Ct=4700Pf，此時(shí)輸出電壓可以穩(wěn)定在30V。可以根據(jù)公式:

算出頻率值。通過外部電阻的選擇為死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)，防止逆變橋上下橋臂直通，阻值值選為200Ω，因此可以計(jì)算出f的值為84.1kHz。可以保證最大功率點(diǎn)的追蹤。可以滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 同頻同相控制

同頻率的控制方法主要是針對(duì)模擬電網(wǎng)進(jìn)行采樣，通過單片機(jī)對(duì)其電壓上升沿捕捉，通過周期變化進(jìn)行判斷，計(jì)算得出頻率值，產(chǎn)生與之同頻率下的SPWM占空比值即正弦表，反饋后輸出的頻率與模擬電網(wǎng)頻率進(jìn)行比較，從新獲取數(shù)據(jù)偏差，調(diào)整頻率。對(duì)其偏差進(jìn)行校正。通過采樣獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而跟蹤相位。

2.3 濾波參數(shù)計(jì)算

濾波電路參數(shù)的選擇要滿足減少紋波，失真度較小，波形相對(duì)穩(wěn)定。通過比較當(dāng)電感值為3mH電容值為10uf時(shí)，波形相對(duì)穩(wěn)定紋波較少。可得到截止頻率為:

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 DC-AC電路設(shè)計(jì)

(1)DC-AC主電路。采用全橋逆變電路電壓為直流電壓的0.9倍。本系統(tǒng)采用了電壓型全橋逆變電路，四個(gè)橋臂由N溝道MOS管組成，其型號(hào)選為IRF540。

(2)DC-AC驅(qū)動(dòng)電路。控制逆變電路信號(hào)為單片機(jī)產(chǎn)生的SPWM信號(hào)，由單片機(jī)產(chǎn)生的SPWM信號(hào)經(jīng)過光耦隔離，使控制系統(tǒng)更安全。將輸出的一路SPWM信號(hào)通過反相器變?yōu)閮陕沸盘?hào)，節(jié)省單片機(jī)資源，很容易得到兩路SPWM信號(hào)，使電路簡(jiǎn)化。分別將兩路SPWM信號(hào)經(jīng)過死區(qū)時(shí)間設(shè)置電路，由死區(qū)電路輸出作為芯片輸入，控制驅(qū)動(dòng)芯片。

3.2 保護(hù)電路

(1)電流采樣電路。通過電流檢測(cè)電路來檢測(cè)電流互感器傳來的電流，由單片機(jī)及時(shí)反饋給用戶，即時(shí)判斷電流是否過流。從而進(jìn)行過流保護(hù)控制。(2)欠電壓電路保護(hù)設(shè)計(jì)。通過對(duì)輸入電壓進(jìn)行采樣送入單片機(jī)內(nèi)，當(dāng)電壓低于規(guī)定電壓時(shí)則動(dòng)作。

4 調(diào)試

4.1 測(cè)試方案及測(cè)試條件

將系統(tǒng)程序下載到單片機(jī)當(dāng)中，硬件部分和軟件相結(jié)合，使用示波器、信號(hào)發(fā)生器、萬用表、直流電源等儀器，在實(shí)驗(yàn)室操作臺(tái)上，對(duì)要求測(cè)試的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試并記錄。系統(tǒng)在空載和負(fù)載為30Ω兩種情況下進(jìn)行測(cè)試。

4.2 測(cè)試結(jié)果與分析

通過表1中所示的測(cè)試結(jié)果與給定值分析相差在允許范圍內(nèi)，但是存在一定的文波和波動(dòng)，由于周圍環(huán)境誤差和器件的精度以及選擇器件的參數(shù)都存在一定誤差，及硬件電路開關(guān)次數(shù)較多。

參考文獻(xiàn)

[1] \t黃俊，王兆安.電力電子技術(shù)(第4版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] \t(美)Abraham，Pressman[著]，王志強(qiáng)，等[譯].開關(guān)電源設(shè)計(jì)(第2版)[M].北京:電子工業(yè)版社，2005(9).

[3] \t(美)Muhammad.Rashid[著]，陳建業(yè)，等[譯].電力電子技術(shù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004(6).