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基于AVR单片机的逆变并网装置的设计

摘要:本装置主要以AVR单片机为核心,通过SG3525芯片完成

DC-DC稳压电路,有单片机产生的SPWM波形完成DC-AC逆变并网。

SPWM波形,经光耦将主电路与控制电路隔离后将信号由一个非门变

为两路互补SPWM波形作为IR2110驱动芯片的输入,两个IR2110输

出控制逆变环节的MOS管导通。使整个系统能够稳定的工作规定范

围内,通过采样环节,可以做到实时的调整。也可以通过采样电流的信

号对系统的过电流进行保护,设置了欠电压工作点,通过这些环节,使

系统在出现故障后能够有良好的保护。

关键词:IR2110SPWMDC-AC

1方案论证

通过对题目的分析了解,可将系统分为以下几部分构成系统框

图。如图1所示。

1.1DC-AC模块

图2为DC-AC逆变电路原路图,Q2与Q4,Q2与Q5不能同时导

通,否则会造成电源短路,这是绝对不允许的。

故MOS管的驱动电路的设计。驱动电路有如下方案。

方案一:采用CMOS器件驱动MOS管。直接用CMOS器件驱动

电力MOS,它们可以共用一组电源。不过这种驱动电路开关速度低,

并且驱动功率要受电流源和COMS器件吸收容量的限制,对MOS管

的驱动具有一定的限制要求。

方案二:电路集成芯片IR2110具有独立的低端和高端输入通道,

悬浮电源采用自举电路,在15V下静态功耗仅116mW,输出的电源端

电压范围10V～20V,逻辑电压范围3.3V～20V,可方便地与TTL或

CMOS电平相匹配,工作频率高,可达100kHz,开通关断延迟小。两种

方案相比较采用方案二能够更好的实现驱动能力。

开关信号一般采用正弦脉宽调制信号(SPWM)。DC-DC部分采用

PWM集成芯片SG3525。DC-AC部分通过将程序写入单片机中,来产

生所需要的SPWM信号。

2理论分析与计算

2.1DC-DC电路参数的计算

采样的反馈电压送入SG3525,芯片自动调节频率输出PWM,达到

采样电压与给定电压相等。

通过改变SG3525输出的PWM频率,通过外部电阻调节可以改变

反馈系数和反馈电压。为了保证驱动后斩波输出电压为30V,通过实验

调试选择了Rt=3.38kΩ,Ct=4700Pf,此时输出电压可以稳定在30V。可

以根据公式:

算出频率值。通过外部电阻的选择为死区时间的调节,防止逆变

桥上下桥臂直通,阻值值选为200Ω,因此可以计算出f的值为84.1kHz。

可以保证最大功率点的追踪。可以满足设计要求。

2.2同频同相控制

同频率的控制方法主要是针对模拟电网进行采样,通过单片机对

其电压上升沿捕捉,通过周期变化进行判断,计算得出频率值,产生与

之同频率下的SPWM占空比值即正弦表,反馈后输出的频率与模拟电

网频率进行比较,从新获取数据偏差,调整频率。对其偏差进行校正。

通过采样获取实时数据,从而跟踪相位。

2.3滤波参数计算

滤波电路参数的选择要满足减少纹波,失真度较小,波形相对稳

定。通过比较当电感值为3mH电容值为10uf时,波形相对稳定纹波较

少。可得到截止频率为:

3硬件电路设计

3.1DC-AC电路设计

(1)DC-AC主电路。采用全桥逆变电路电压为直流电压的0.9倍。

本系统采用了电压型全桥逆变电路,四个桥臂由N沟道MOS管组成,

其型号选为IRF540。

(2)DC-AC驱动电路。控制逆变电路信号为单片机产生的SPWM

信号,由单片机产生的SPWM信号经过光耦隔离,使控制系统更安全。

将输出的一路SPWM信号通过反相器变为两路信号,节省单片机资源,

很容易得到两路SPWM信号,使电路简化。分别将两路SPWM信号经

过死区时间设置电路,由死区电路输出作为芯片输入,控制驱动芯片。

3.2保护电路

(1)电流采样电路。通过电流检测电路来检测电流互感器传来的