開關電源等技術在 當今社會的電力電子應用和多樣化的電源系統中發揮著至關重要的作用。隨著高頻開關 電源 技術的進步，它不僅改善了傳統電路的外觀和結構，而且大大增加了部分電源的回收 效率。節省材料，降低成本。逆變器技術研究對于工業技術的進步和人民生活條件的改善極為重要。

逆變器是電力電子技術發展中早期使用的一種 DC /AC （直流/交流）轉換裝置。逆變器是一種將直流電轉換為交流電同時還提供控制邏輯的裝置。 逆變器 通常用于家庭電器中。逆變器的外形和安裝方式順應市場發展趨勢，正在向小型化、智能化、模塊化方向發展。

Ⅰ.系統設計方案

220V工頻電壓最初輸入到本文小型逆變系統的終端，然后由降壓變壓器輸出24V交流 電壓 。單相橋式整流電路、兩個穩壓電路和其他幾個電路都有助于輸出 24V 交流電壓。經過二極管濾波后提供兩路穩定的直流電壓（15V和5V），為單片機和驅動芯片供電。同時， 將程序在線串行編程到單片機中后產生的PWM （脈寬調制）波促使兩個驅動芯片產生兩相四通道 PWM 波，產生互補的高通和低通信號。驅動適當的MOS（金屬氧化物半導體場效應晶體管的縮寫）管后，構成電壓型全橋逆變電路。最后，負載檢測生成的互補矩形波；輸出電壓為220V、50Hz交流電壓，最大輸出電流為2.5A，最大輸出功率不小于100W。 整個逆變器流程如上所述完成，系統設計框圖如圖1所示圖表。

圖1 系統設計方案

二.系統硬件設計

2.1 驅動芯片IR2110

美國國際整流器公司生產IR2110驅動芯片（現已被英飛凌公司收購 ）。它具有光耦隔離和電磁隔離特性。它以其體積小、速度快而成為大多數中小型功率轉換裝置中的驅動裝置。

2.1.1 IR2110工作原理

驅動芯片 IR2110的內部功能結構 由三個主要部分組成：電平轉換、邏輯輸入和輸出保護。IR2110驅動芯片的各種優點 是系統電路構建和設計元件可以避免許多問題的原因。例如，在高壓浮動自舉 電源 電路的設計中，一組電源有效地控制高低端口，將額外的驅動電源數量減少到最少。

圖2為IR2110驅動芯片的驅動半橋電路 ，這是對高端側懸架驅動電路自舉原理的簡單說明。C1和VD1分別是自舉電容和自舉二極管，C2是電源電壓Vcc的濾波電容，如圖所示。

首先，預計當S1關斷時，自舉電容C1能夠承受 VC1 Vcc的電壓。VM1導通，VM2截止，在HIN為高電平時，在S1的柵極和源極-發射極之間施加VC1電壓。然后自舉電容 C1 通過 Rg1、VM1、柵極和源極形成回路進行放電，使 VC1 等于電壓源并觸發 S1 導通。另一方面，HIN 和 LIN 之間的信號被認為是互補輸入。當 LIN 為低電平時，VM3 被禁用，VM4 被啟用。此時電荷通過S2柵極中的Rg2和源極內部的芯片快速釋放到地。電是一種能源。此時死區時間對其產生影響，導致S2在S1開啟之前關閉。

圖2 IR2110內部工作原理圖

當HIN為低電平時，VM1關閉，VM2開啟。此時，S1柵極中的電荷將通過Rg1和VM2快速放電，導致S1關斷。經過短暫的死區時間（td）后，LIN上升到高電平，導致S2導通，電源電壓 Vcc 通過S2和VD1對自舉電容C1充電，導致自舉功率快速增加電容器C1。重復這個循環。

2.1.2 IR2110逆變電路

圖 3 是IR2110逆變器的示意圖 。IR2110驅動芯片U3和U4就是其中的兩個。Q1、Q2、Q3、Q4使用四個MOS晶體管。PIC16F716 微控制器向驅動器的 輸出為 Ua、Ub、Va 和 Vb。一相PWM波的上下臂 為 Ua 和 Ub，Va 和 Vb 為另一相PWM波 的上下臂 ，如圖所示為兩相四路 PWM 波芯片引腳。驅動芯片的輸出由 PIC16F716 微控制器觸發。由于部分 PWM 波無法驅動大功率MOS管，因此二極管D9和D15（利用 肖特基 管的快恢復功能）必須依靠IR2110中的電容自舉功能來增加電容充電。對自舉電容C11、C12、C16、C17充電，以提高驅動MOS管的信號端電壓，使其具有升壓信號端輸出的功能，從而提高MOS管的信號端電壓Q1、Q2、Q3 和 Q4 可以使用PWM波不斷地打開和關閉 。進一步地，逆變電路中同相上下臂的驅動信號是互補的。

圖3 IR2110逆變器原理圖

由圖3可知，當Ua為高電平時，輸出端HO1同樣為高電平，從而使IR2110芯片的電容自舉功能能夠調節MOS管Q1的開路。同時，由于輸出端LO1為低電平，MOS管Q4處于截止狀態，無法驅動。同時Vb也輸入高電平，表示輸出端LO2處于高電平狀態，之后MOS管Q3導通，Q2截止。結果，通過 HO1 Q1 P2 Q3 GND 構建了一條路徑。當Ua、Vb為低電平狀態，Ub、Va為高電平狀態時，電流流過HO2 Q2 P2 Q4 GND的路徑，開關器件（4個MOS管）導通和截止依次交替，從而在P2（負載端）位置形成交流電。由于芯片上下臂同時導通產生的短路在實際應用中很常見，因此在軟件設計過程中增加了額外的死區時間，以防止短路，保護整個電路的正常工作。

2.2 單片機系統

Microchip的 PIC 系列微控制器具有集成多個外圍模塊、性能穩定、硬件系統架構簡單、功耗低等優點。因此， 本研究選擇PIC16F716單片機作為逆變器的主控制器。這些特性大大降低了電路構建成本，因為 PIC16F716 微控制器不需要額外的A/D（模擬/數字）轉換芯片，并且包含四個8位A/D轉換通道。

同時， PIC16F716 單片機還包括內置上電延遲定時器（DWRT）、雙閾值欠壓復位電路、可編程代碼保護、上電復位電路（POR）、看門狗定時器（ WDT）、振蕩器啟動定時器（OST）、片上 RC 振蕩器、 在線串行編程 （ICSP）等。這些功能品質可以降低單片機上電路器件的成本和外部器件的數量，從而使整個系統設備尺寸更小，在實際應用中具有顯著的成本效益。在該系統架構中， PIC16F716微控制器采用具有增強型PWM模式 的半橋輸出拓撲 （即微控制器可以提供從P1A到P1D的四個輸出）。大多數情況下，只需兩個引腳即可實現半橋輸出模式。

輸出用于驅動推挽負載。圖4為PIC16F716單片機小型系統的外圍電路引腳圖 ，其中半橋臂通常由RB1和RB2控制（通常使用可編程死區來達到延遲目的，以避免射擊）通過半橋輸出模式下大功率器件的現象），RB5/P1B引腳為 PWM 波輸出信號，RB3/CCP1/P1A引腳為互補 PWM 波。此外，IR2110芯片驅動輸出信號。

圖4 PIC16F716外圍電路圖

2.3 保護電路設計

本研究逆變電源設計中包含了保護電路，如圖5所示。當逆變輸出電流達到2.5A時，過流電流ACK超過4.5V，SPWM芯片檢測到ACK超過2.5V 。 V、逆變器保護動作，LED P燈閃爍。除此之外，LED L 燈閃爍。LC電路由輸出濾波電路選擇，其設計參數如下：L=1mH，C=3uF，截止頻率為2.5kHz。

三．系統軟件設計

3.1 PWM波的實現原理

在本研究中，我們展示了PIC16F716單片機的增強型捕獲/比較/PWM模塊（因此稱為ECCP模塊）如何快速實現兩路輸出互補對稱PWM波。只要正確設置ECCP模塊工作模式下的寄存器CCP1CON、周期寄存器PR2和脈寬寄存器CCPR1L三段的值，就可以產生所需的PWM波。該模塊有全橋、半橋等多種工作模式可供選擇。本軟件設計中信號極性設置為高電平有效，采用半橋模式。半橋輸出模式下，兩個引腳用作輸出驅動推挽負載：RB3 引腳發送 PWM 輸出信號，RB5 引腳輸出互補的 PWM 直通輸出信號。此外，在半橋輸出模式的情況下，可編程死區時間延遲可以避免半橋電路中的現象。

圖5 逆變器保護電路

3.2 參數計算與配置

為了生成PWM波，必須確定兩個參數：PWM波的周期T和PWM波的脈沖寬度Twidth。根據設計要求，PWM 波的頻率必須為 50 Hz，占空比為 30%。周期T=1/F=1/50=20ms；脈沖寬度 Twidth = 20 ms X 30% = 6 ms；然后，根據相應的公式，可以計算出周期寄存器PR2的初始值和脈寬寄存器CCPR1L的初始值。

關鍵程序代碼如下：

// 設置工作模式為PWM模式 CCP1CON = 0B10001100;

// 死區時間控制設置 PWM1CON = 0X01;

//設置TMR2工作模式 T2CON = 0X00;

// 設置對稱脈沖周期參數 PR2 = g_Period;

// 設置脈寬值 CCPR1L = g_DutyWidth;

// 禁用 T2 中斷 TMR2IE = 0;

// 啟動 T2 定時器 TMR2ON = 1;

3.3 程序實驗結果

將軟件上傳到單片機后，打開測試，使用雙跡示波器測量RB3和RB5的輸出波形，如圖6所示。信號的大小和方向隨時間頻繁變化，如圖，滿足逆變器?？紤]到標準交流信號的特性后，結果符合逆變電路的要求。

圖6 輸出波形

四．結論

本文將逆變電路理論與單片機技術相結合，最終實現了一種基于SPWM技術的獨立逆變 電源 的設計。實驗證明，通過軟件編程，可以實現單片機控制芯片PIC16F716的PWM模塊的輸出功能，實現SPWM波序列的輸出。

本工作中的逆變電路設計為全橋電路。采用Microchip PIC16F716芯片完成全橋逆變過程中SPWM專用芯片的設計，不僅簡化了系統電路，而且提高了電路效率，實現了電路高頻化和結構小型化。整流逆變器實物圖如圖7所示。

圖7 整流逆變器