專利名稱：一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器。
背景技術(shù)：
目前，能源緊缺使得如何高效利用電能一直是電力系統(tǒng)研究的熱點，能量反饋逆 變裝置，亦稱節(jié)能型電子負(fù)載，是一種以高頻電能變換理論為基礎(chǔ)，運用能量反饋的方法將 各種待測試或進(jìn)入試運行階段的獨立交、直流供電設(shè)備所輸出的能量循環(huán)使用的裝置。能 量反饋逆變裝置既完成了特定負(fù)載的功能，同時又把無謂消耗在電阻型功率負(fù)載中的能 量，通過一系列變換，以標(biāo)準(zhǔn)工頻正弦波的形式返回至輸入端，負(fù)載能量的循環(huán)使用率可達(dá) 80%以上，從而極大地降低能耗和電費支出。在現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應(yīng)用方面，開辟了一個 新的高效節(jié)能應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣闊的實用前景。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器，能實時 地對市電信號進(jìn)行同步鎖相跟蹤，保證能量反饋逆變裝置高效可靠地運行。為達(dá)到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案提供一種基于單片機(jī)控制的帶 同步鎖相逆變控制器，包括有單片機(jī)控制電路單元、SPWM波形產(chǎn)生電路單元、DC/AC變換主 電路單元，單片機(jī)控制電路單元采用AT89C52芯片與SPWM波形產(chǎn)生電路單元連接，SPWM波 形產(chǎn)生電路單元與DC/AC變換主電路單元連接。所述SPWM波形產(chǎn)生電路單元，包括有采用74LS377芯片的鎖存單元串接采用 DAC0800芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、平滑濾波與電平轉(zhuǎn)換單元、正弦半波單元，再與采用NE555 芯片的三角波發(fā)生單元同時連接采用LM393芯片的比較單元；單片機(jī)控制單元的AT89C52 單片機(jī)對存儲在E2PR0M中正弦函數(shù)值進(jìn)行查表，輸入74LS377鎖存后，送入DAC0800實現(xiàn)數(shù) 模轉(zhuǎn)換，再通過運放、平滑化、電平轉(zhuǎn)換、全波整流得到正弦半波，將正弦半波和采用NE555 芯片發(fā)生的三角波加到比較器LM393輸入端進(jìn)行比較，最后輸出單極性的SPWM波形。本實用新型逆變控制器，所述SPWM波形產(chǎn)生電路單元中的采用NE555芯片的三角 波發(fā)生單元，由NE555芯片自激振蕩形成高頻方波，經(jīng)高帶寬運放TL062進(jìn)行有源積分電路 得到頻率20KHz三角波；采用NE555芯片的三角波發(fā)生單元的電路連接關(guān)系為NE555芯片 的第8引腳和第4引腳接+12V電源，第7引腳連接電阻R1、R2，R1另一端接+12V電源，R2 另一端經(jīng)電容C1接地，第6引腳與第2引腳連接R2與C2的連接點，第1引腳接地，第5引 腳經(jīng)電容C2接地，第3引腳經(jīng)電阻R3、R4與TL062的第2引腳相連，TL062的第3引腳經(jīng) 電阻R7、R6、R5接+12V電源，TL062的第3引腳經(jīng)電阻R7、R6接-12V電源，TL062的第4 引腳接+12V電源，第8引腳接-12V電源，TL062的第2引腳經(jīng)電阻R8與TL062的第1引 腳相連，TL062的第2引腳經(jīng)電阻R8與TL062的第1引腳相連，從TL062的第1引腳輸出 20KHz三角波S1。三角波S1的振蕩頻率計算公式為f = 1. 44/(Rl+2R2)Cl，其中Rl、R2、 C1如圖3中所示。[0007]本實用新型逆變控制器，所述SPWM波形產(chǎn)生單元，采用高速運放LM393構(gòu)成電壓 比較器，三角波Sl和正弦半波S2分別加于運放LM393的兩個輸入端進(jìn)行比較，令正弦波幅 值大于三角波幅值時輸出高電平，小于三角波幅值時輸出低電平，得到一組幅值相等、脈沖 寬度按正弦規(guī)律變化的SPWM波形，比較器輸出的SPWM波形分成兩路反相信號，經(jīng)光電隔離 后，分別驅(qū)動半橋逆變主電路中的IGBT接通與關(guān)斷；所述SPWM波形產(chǎn)生電路單元的電路連 接關(guān)系為從TL062的第1引腳輸出20KHz三角波Sl經(jīng)電阻R9與高速運放LM393的第2引 腳連接；正弦半波S2經(jīng)電阻RlO與LM393的第3引腳連接，LM393的第3引腳經(jīng)C4接地，第 8引腳接+12V電源，第4引腳接-12V電源，第8引腳經(jīng)電阻Rll與第1引腳連接，從LM393 的第1引腳輸出脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的SPWM信號S3。本實用新型一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器，在系統(tǒng)中要加入產(chǎn)生 死區(qū)時間的電路，這是由于開關(guān)管固有開關(guān)時間的影響，開通時間往往小于關(guān)斷時間，因此 易發(fā)生同一橋臂上兩只開關(guān)管同時導(dǎo)通的短路故障。因此在系統(tǒng)中要加入產(chǎn)生死區(qū)時間的 電路，以保證開關(guān)管的可靠工作。本實用新型具有以下優(yōu)點和積極效果本實用新型一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器采用單片機(jī)89C52控 制的設(shè)計，充分利用單片機(jī)內(nèi)部資源，使系統(tǒng)硬、軟件設(shè)計達(dá)到了最小化，并能實時地對市 電信號進(jìn)行同步鎖相跟蹤，保證能量反饋逆變裝置高效可靠地運行。

圖1是本實用新型一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖2是本實用新型SPWM波形產(chǎn)生電路單元的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖3是本實用新型SPWM波形產(chǎn)生電路單元中的NE555三角波發(fā)生單元構(gòu)成圖。圖4是本實用新型SPWM波形產(chǎn)生電路單元中的LM393比較器構(gòu)成圖。圖5是本實用新型的實測逆變控制器輸出電壓Vout與市電信號Vin波形對比圖。圖6是本實用新型的同步鎖相過程圖。
具體實施方式
下面以具體實施例結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明實施例1 本實用新型提供一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器，系統(tǒng) 構(gòu)成參見圖1。包括單片機(jī)控制電路單元、SPWM波形產(chǎn)生電路單元、DC/AC變換主電路單 元。其中單片機(jī)控制電路單元采用AT89C52芯片作為逆變控制器的核心部件，SPWM波形產(chǎn) 生電路單元參見圖2、3、4，由74LS377芯片的鎖存單元串接采用DAC0800芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換 單元、平滑濾波與電平轉(zhuǎn)換單元、正弦半波單元，再與采用NE555芯片的三角波發(fā)生單元同 時連接采用LM393芯片的比較單元；單片機(jī)控制單元的AT89C52單片機(jī)對存儲在E2PROM中 正弦函數(shù)值進(jìn)行查表，輸入74LS377鎖存后，送入DAC0800實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，再通過運放、平滑 化、電平轉(zhuǎn)換、全波整流得到正弦半波，將正弦半波和采用NE555芯片發(fā)生的三角波加到比 較器LM393輸入端進(jìn)行比較，輸出單極性的SPWM信號到DC/AC變換主電路單元中，控制由 IGBT開關(guān)管構(gòu)成半橋逆變主電路的運行。實施例2 將實施例1的本實用新型一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器應(yīng)用于IOKW能量反饋逆變裝置中，本逆變控制器系統(tǒng)產(chǎn)生的SPWM波形必須和市電保持 同步(同頻同相)，其同步鎖相功能通過存儲在單片機(jī)AT89C52內(nèi)部的軟件自動實現(xiàn)，軟件 同步鎖相控制算法的工作原理為首先把市電和逆變控制器輸出降壓并處理成方波，將市電方波作為單片機(jī) AT89C52外部中斷INTO的輸入，設(shè)置外部中斷INTO為邊沿觸發(fā)、單片機(jī)AT89C52定時器 TO為定時方式1，INTO引起的第一次中斷時，將定時初值設(shè)為0，并啟動TO工作，INTO引 起的第二次中斷時，讀出THO和TL0，即為市電周期T ；單片機(jī)外接晶振頻率為12MHz，得到 內(nèi)部計數(shù)時 鐘頻率為1MHz，本實用新型設(shè)計的同步鎖相控制范圍為50士2Hz，因此，單片機(jī) AT89C52定時器TO測出市電周期值在20000附近變化，變化范圍是19230 20833 ；再將市 電和逆變器輸出的方波信號進(jìn)行處理，得到兩者的相位差信號作為單片機(jī)AT89C52外部中 斷INTl的輸入，設(shè)置定時器Tl的門控制位GATEl為1，當(dāng)TRl為1時，只有INTl引腳輸入 高電平，Tl才允許計數(shù)，利用GATEl的門控制位功能，可測量INTl引腳上正脈沖的寬度，即 兩信號相位差值Δ T (機(jī)器周期數(shù))。對于本逆變控制器系統(tǒng)，根據(jù)兩信號相位差值△ Τ，軟件自動實時計算逆變控制器 的參考正弦波信號VREF^S (1)所示ARG (k+1) = ARG (k) + Δ ARG (k)VREF (k) = AXSIN(ARG(k)) (1)其中，A為參考正弦波幅值，ARG (k)為PWM調(diào)制周期參考正弦波相位，Δ ARG(k)為 每一 PWM調(diào)制周期角度增量值，其在一個參考正弦波周期內(nèi)保持不變，可記為AARG，AARG 由兩部份組成，一部份體現(xiàn)市電頻率，根據(jù)測得的市電周期獲得，另一部份體現(xiàn)對逆變器輸 出相位的調(diào)整，根據(jù)市電與系統(tǒng)輸出電壓之間的相位差獲得，分別令其為ΔΡ1和ΔΡ2，則 有AARG = ΔPl+ΔP2 (2)Δ Pl的計算涉及兩個參量一是市電周期Τ，二是逆變控制器的PWM調(diào)制周期ΤΡ， 如式⑶所示ΔPl = (TpX2ji)/T (3)圖5經(jīng)軟件同步鎖相控制后實測逆變器輸出電壓Vout與市電信號Vin波形，圖6 為同步鎖相過程，圖中IOms/格。從圖5、6可見系統(tǒng)對市電信號漂移，獲得了高精度的同步 鎖相控制。本實用新型充分利用單片機(jī)內(nèi)部資源，使系統(tǒng)硬件電路設(shè)計達(dá)到了最小化，并能 通過軟件自動實時地對市電信號進(jìn)行同步鎖相跟蹤，保證能量反饋逆變裝置高效可靠地運 行。
權(quán)利要求一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器，其特征在于包括有單片機(jī)控制電路單元、SPWM波形產(chǎn)生電路單元、DC/AC變換主電路單元，單片機(jī)控制電路單元采用AT89C52芯片與SPWM波形產(chǎn)生電路單元連接，SPWM波形產(chǎn)生電路單元與DC/AC變換主電路單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器，其特征在 于所述SPWM波形產(chǎn)生電路單元包括有采用74LS377芯片的鎖存單元串接采用DAC0800芯 片的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、平滑濾波與電平轉(zhuǎn)換單元、正弦半波單元，再與采用NE555芯片的三角 波發(fā)生單元同時連接采用LM393芯片的比較單元；單片機(jī)控制單元的AT89C52單片機(jī)對存 儲在E2PROM中正弦函數(shù)值進(jìn)行查表，輸入74LS377鎖存后，送入DAC0800實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，再 通過運放、平滑化、電平轉(zhuǎn)換、全波整流得到正弦半波，將正弦半波和采用NE555芯片發(fā)生 的三角波加到比較器LM393輸入端進(jìn)行比較，最后輸出單極性的SPWM波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器，其特征 在于所述SPWM波形產(chǎn)生電路單元中的采用NE555芯片的三角波發(fā)生單元，由NE555芯片 自激振蕩形成高頻方波，經(jīng)高帶寬運放TL062進(jìn)行有源積分電路得到頻率20KHz三角波； 采用NE555芯片的三角波發(fā)生單元的電路連接關(guān)系為NE555芯片的第8引腳和第4引腳接 +12V電源，第7引腳連接電阻R1、R2，R1另一端接+12V電源，R2另一端經(jīng)電容Cl接地，第 6引腳與第2引腳連接R2與C2的連接點，第1引腳接地，第5引腳經(jīng)電容C2接地，第3引 腳經(jīng)電阻R3、R4與TL062的第2引腳相連，TL062的第3引腳經(jīng)電阻R7、R6、R5接+12V電 源，TL062的第3引腳經(jīng)電阻R7、R6接-12V電源，TL062的第4引腳接+12V電源，第8引 腳接-12V電源，TL062的第2引腳經(jīng)電阻R8與TL062的第1引腳相連，TL062的第2引腳 經(jīng)電阻R8與TL062的第1引腳相連，從TL062的第1引腳輸出20KHz三角波Si。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器，其特征 在于所述SPWM波形產(chǎn)生單元，采用高速運放LM393構(gòu)成電壓比較器，三角波Sl和正弦半 波S2分別加于運放LM393的兩個輸入端進(jìn)行比較，令正弦波幅值大于三角波幅值時輸出高 電平，小于三角波幅值時輸出低電平，得到一組幅值相等、脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的SPWM 波形，比較器輸出的SPWM波形分成兩路反相信號，經(jīng)光電隔離后，分別驅(qū)動半橋逆變主電 路中的IGBT接通與關(guān)斷；所述SPWM波形產(chǎn)生電路單元的電路連接關(guān)系為從TL062的第1 引腳輸出20KHz三角波Sl經(jīng)電阻R9與高速運放LM393的第2引腳連接；正弦半波S2經(jīng)電 阻RlO與LM393的第3引腳連接，LM393的第3引腳經(jīng)C4接地，第8引腳接+12V電源，第4 弓丨腳接-12V電源，第8引腳經(jīng)電阻Rll與第1引腳連接，從LM393的第1引腳輸出脈沖寬 度按正弦規(guī)律變化的SPWM信號S3。
專利摘要本實用新型涉及一種基于單片機(jī)控制的帶同步鎖相逆變控制器，是一種能量反饋逆變裝置(亦稱節(jié)能型電子負(fù)載)。本實用新型包括單片機(jī)控制電路單元、SPWM波形產(chǎn)生電路單元、DC/AC變換主電路單元，其中單片機(jī)控制電路單元采用AT89C52芯片，SPWM波形產(chǎn)生電路單元采用定時器NE555芯片、數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0800芯片和比較器LM393芯片構(gòu)成，DC/AC變換主電路單元采用IGBT開關(guān)管構(gòu)成半橋逆變主電路。本實用新型充分利用單片機(jī)內(nèi)部資源，使系統(tǒng)硬件電路設(shè)計達(dá)到了最小化，并能通過軟件自動實時地對市電信號進(jìn)行同步鎖相跟蹤，保證能量反饋逆變裝置高效可靠地運行。
文檔編號H02M7/537GK201601622SQ20102010426
公開日2010年10月6日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日
發(fā)明者劉俊, 王勇, 肖萬源, 陳分雄 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)