基于STC12C5A60S的小功率逆變器的設(shè)計(jì)

本文以STC12C5A60S單片機(jī)為核心，利用其內(nèi)部?jī)陕房删幊逃?jì)數(shù)陣列（PCA）模塊來(lái)模擬脈寬調(diào)制法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)輸出電壓幅值可調(diào)的小型逆變器。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本文使用AltiumDesigner6．9完成硬件電路原理圖和PCB圖的設(shè)計(jì)。圖1是該設(shè)計(jì)的總體電路結(jié)構(gòu)圖。

　　該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能是將6 V的直流電通過(guò)三級(jí)功率變換（DC-HFAC-DC-LFAC）得到頻率為50 Hz，幅度為110 V的工頻交流電以供交流負(fù)載使用?，F(xiàn)將硬件電路各部分的具體設(shè)計(jì)和功能作如下描述。

　　1．1 電源模塊

　　使用直流到直流變換芯片MC34063與LM7805和LM7812組合得到12 V和5 V的直流電，為硬件電路的各模塊提供所需電源。

　　1．2 前級(jí)升壓模塊

　　通過(guò)SG3525芯片與其外圍電路產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的高頻PWM（Pulse Width Modulation）脈沖波，用這兩路高頻脈沖波分別控制由兩個(gè)MOS（IRF 3205）管組成的單邊橋高頻逆變器，并與高頻變壓一起實(shí)現(xiàn)前級(jí)升壓。通過(guò)前級(jí)升壓，把6 V的直流電升到300 V左右的高頻交流電，為后面的工頻逆變做準(zhǔn)備。

　　1．3 整流器與濾波模塊

　　4個(gè)二極管組成整流橋電路對(duì)前級(jí)升壓模塊輸出的高頻交流電進(jìn)整流，并且經(jīng)過(guò)LC濾波器進(jìn)行濾波作為工頻逆變橋電路的輸入。

　　1．4 工頻逆變器MOS橋電路驅(qū)動(dòng)模塊

　　該設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)工頻逆變器橋的4個(gè)MOS管使用IR2110芯片來(lái)完成。單片機(jī)產(chǎn)生的兩路SPWM控制信號(hào)經(jīng)過(guò)死區(qū)時(shí)間后作為2片IR2110的邏輯輸入。用2片IR2110芯片組成的驅(qū)動(dòng)電路輸出4路兩兩互補(bǔ)的信號(hào)，從而控制全橋逆變電路的上、下橋臂的通斷，實(shí)現(xiàn)逆變功能

　　1．5 SPWM產(chǎn)生模塊

　　以STC12C5A60S單片機(jī)為核心構(gòu)建的最小系統(tǒng)，作為模塊的控制部分。同時(shí)增加一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)讀取電位器上的電壓值，實(shí)現(xiàn)逆變器輸出幅值可調(diào)。兩路SPWM信號(hào)由STC12C5A60S單片機(jī)PCA模塊輸出端P1．3口和P1．4口。其原理是用正弦表數(shù)據(jù)去設(shè)置STC12C5A60S單片機(jī)PCA模塊的比較寄存器的值確來(lái)模擬脈寬調(diào)制法，最終獲得寬度正比于正弦調(diào)制波的矩形脈沖序列來(lái)等效正弦調(diào)制波。產(chǎn)生兩路SPWM波的原理如圖2所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)