逆變器是將汽流電能變換成交流電能的電氣裝置，通常用大功率高反壓電力電子器件來實現。太陽能發電中，光電池陣列所發出的電為直流電。但是，大多數用電設備的供電為交流電，所以電力系統中常需要將直流電變換成交流電的逆變器。此外，逆變器在工業控制，通信、交通等領域的應用也非常廣泛。正弦脈寬調制(SinuSOIdal Pulse Width Modulation，SPWM)，是指以正弦波做調制波(Modulating Wa ve)，以F倍于正弦調制波頻率的三角波做載波(Carrier Wave)，進行波形比較后產生一組幅值相等、寬度正比于正弦調制波的矩形脈沖序列，來等效正弦調制波。本文以STC12C5A60S單片機為核心，利用其內部兩路可編程計數陣列(PCA)模塊來模擬脈寬調制法，設計并實現了一個輸出電壓幅值可調的小型逆變器。

1 系統硬件設計

本文使用AltiumDesigner6．9完成硬件電路原理圖和PCB圖的設計。圖1是該設計的總體電路結構圖。

該設計實現的功能是將6 V的直流電通過三級功率變換(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載使用。現將硬件電路各部分的具體設計和功能作如下描述。

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 前級升壓模塊

通過SG3525芯片與其外圍電路產生兩路互補的高頻PWM(Pulse Width Modulation)脈沖波，用這兩路高頻脈沖波分別控制由兩個MOS(IRF 3205)管組成的單邊橋高頻逆變器，并與高頻變壓一起實現前級升壓。通過前級升壓，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備。

1．3?整流器與濾波模塊

4個二極管組成整流橋電路對前級升壓模塊輸出的高頻交流電進整流，并且經過LC濾波器進行濾波作為工頻逆變橋電路的輸入。

1．4 工頻逆變器MOS橋電路驅動模塊

該設計中驅動工頻逆變器橋的4個MOS管使用IR2110芯片來完成。單片機產生的兩路SPWM控制信號經過死區時間后作為2片IR2110的邏輯輸入。用2片IR2110芯片組成的驅動電路輸出4路兩兩互補的信號，從而控制全橋逆變電路的上、下橋臂的通斷，實現逆變功能。

1．5 SPWM產生模塊

以STC12C5A60S單片機為核心構建的最小系統，作為模塊的控制部分。同時增加一個模／數轉換電路，通過讀取電位器上的電壓值，實現逆變器輸出幅值可調。兩路SPWM信號由STC12C5A60S單片機PCA模塊輸出端P1．3口和P1．4口。其原理是用正弦表數據去設置STC12C5A60S單片機PCA模塊的比較寄存器的值確來模擬脈寬調制法，最終獲得寬度正比于正弦調制波的矩形脈沖序列來等效正弦調制波。產生兩路SPWM波的原理如圖2所示。

2 系統軟件設計

? ? 該設計的控制芯片是宏晶公司的STC12C5A60S單片機，它的內部有兩路PCA模塊。預先通過Matlab計算出標準的工頻交流電的正弦表，以數組的形式存放在單片機內部擴展數據存儲器中。然后利用這個數據表去動態地設置PCA模塊比較寄存器的值，實現計數周期動態改變，輸出的高電平脈沖寬度隨正弦規則變化。

? ? 主程序流程圖如圖3所示，PCA中斷子程序流程圖如圖4所示。

3 系統測試

3．1 SPWM波形產生模塊測試
? ? 以單片機為核心構成的SPWM波形產生模塊通過程序控制運行后，可以得到兩路互補的SPWM波形，如圖5所示。用示波器截取了模塊的單路SPWM幾個細節片段圖，如圖6所示，脈寬是不斷變化的。

3．2 整體的系統測試
? ? 在輸入端輸入5 V的直流電，經過系統逆變以后，可以在系統的輸出端得到有效值為110 V，頻率為50?Hz的交流電。輸出電壓經示波器探頭衰減10倍以后接入示波器，得到如圖7所示圖形。示波器的另一路輸入是檢測全橋電路的左上橋臂的SPWM波形，而另一路剛好對應右上橋臂。

4 結語

? ? 該設計基于單片機控制的數／模混合電路的實現，使得整個硬件電路的體積大大減小。由于數字單片機的引入，可控性大大增強。