基于單片機(jī)控制的DC/AC變換
利用微處理器控制產(chǎn)生SPWM(正弦脈寬調(diào)制)是實(shí)現(xiàn)DC/AC變換的重要技術(shù)之一。其基本工作原理是根據(jù)能量等效原則,用其每個(gè)周期內(nèi)的N等份矩形波替換正弦波, 而每份矩形波的寬度與其對(duì)應(yīng)正弦波所包含的面積成比例。由此計(jì)算出正弦波半個(gè)周期內(nèi)所對(duì)應(yīng)各矩形波的寬度值,和在一定范圍不同輸出時(shí)各組矩形波寬度的數(shù)據(jù)。將該數(shù)據(jù)存于內(nèi)存中,為便于讀取數(shù)據(jù)和提高速度,最好每組數(shù)據(jù)占用內(nèi)存的一頁(yè)（256字節(jié),不滿時(shí)后面可空著）�？刂撇糠种饕蓡纹瑱C(jī),可預(yù)置計(jì)數(shù)器及相應(yīng)檢測(cè)和部分邏輯電路組成。工作時(shí),單片機(jī)兩個(gè)定時(shí)器T0和T1分別產(chǎn)生正弦波T/2定時(shí)和矩形波周期定時(shí),T0用于控制相應(yīng)電路改變其正弦波輸出的極性,即正負(fù)半周。定時(shí)開(kāi)始,計(jì)算機(jī)從一組數(shù)據(jù)順序取出各矩形波寬度的數(shù)值并寫(xiě)入可予置計(jì)數(shù)器,用于控制該脈沖寬度。取數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間由T1控制。單片機(jī)對(duì)輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)并與標(biāo)準(zhǔn)值比較,根據(jù)比較結(jié)果決定從內(nèi)存所取數(shù)據(jù)的區(qū)域,以達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的目的。本設(shè)計(jì)采用較流行的MCS—51系列單片機(jī)作為主控CPU,因單片機(jī)性能優(yōu)越,且集成度高,不但可提高整機(jī)性能還可使電路簡(jiǎn)捷。對(duì)常用的輸出電壓采樣和A/D變換,精度和速度受芯片本身影響較大。對(duì)DC/AC電源,一般輸出為穩(wěn)定電壓,在一定范圍內(nèi)過(guò)高或過(guò)低都必須進(jìn)行調(diào)整,故此沒(méi)有必要非用A/D轉(zhuǎn)換不可,因此我們采用比較器,并通過(guò)微處理器來(lái)完成穩(wěn)壓功能,這樣不但可達(dá)到高精度、高速度,還可簡(jiǎn)化電路降低成本。為保證電路可靠工作,在過(guò)流或過(guò)壓、無(wú)輸出檢測(cè)和報(bào)警方面均采取了較強(qiáng)措施。
DC/AC電源原理整體框圖如圖1所示,電路主要由低通濾波、SPWM發(fā)生器、輸出調(diào)節(jié)故障判斷、高頻開(kāi)關(guān)變換、正、負(fù)半周合成、平滑等部分組成。本文主要討論其核心部分,即以單片機(jī)為主的SPWM波發(fā)生及相應(yīng)的檢測(cè)控制電路。該部分原理如圖2所示。U1為主控CPU8031,U2、U3為74LS373和27256,用于存放一定范圍內(nèi)不同輸出時(shí)各組SPWM矩形波寬度的數(shù)據(jù),U4、U5為可預(yù)置計(jì)數(shù)器74LS161,兩片組成8位計(jì)數(shù)器,在4MHz時(shí)鐘下產(chǎn)生0。25～64mS寬度的定時(shí),U6～U9為檢測(cè)和控制邏輯。8031內(nèi)部定時(shí)器T0用于AC輸出(T/2)定時(shí)。T用于SPWM矩形波的周期定時(shí)。AC輸出的正負(fù)半周由P1.0控制。SPWM波由D觸發(fā)器U6：B輸出,經(jīng)74LS00和74LS04分別接正負(fù)半周功率變換驅(qū)動(dòng)電路。輸出檢測(cè)比較電路給出的輸出范圍信號(hào)VOL和VOH加在P1.1和P1.2腳,當(dāng)輸出低于正常值時(shí),VOL=“0”,VOH=“1”;而輸出高于正常值時(shí),VOL=“1”,VOH=“0”。經(jīng)檢測(cè)電路獲取的輸入欠壓、輸入過(guò)壓、輸入過(guò)流和輸出過(guò)壓、無(wú)輸出信號(hào)及Watchdog信號(hào)經(jīng)線與取反后與8031的RESET端相連,任何一個(gè)故障的發(fā)生均可使CPU復(fù)位,以保護(hù)設(shè)備。
