Inverter power supply design based on single chip microcomputer
Huafu LI1, Wei HE1,*, and Jiajia HE2
1 School of Physics and Electronic Information, Yunnan Normal University, Kunming, China 2 School of Physics and Electronic Information, Shanxi Normal University, Xirsquo;an, China Corresponding author: Wei HE, email: he99wei@aliyun.com
Keywords: Spwm; Inverter; sg3525; eg8010
Abstract. The push-pull power boost and full-bridge inverter levels change in the control circuit, the first-stage booster circuit using SG3525 chip push- pull control, closed loop feedback; inverter part EG8010 complete SPWM modulation driver chip IR2110 be full-bridge inverter; after level output is sampled using a current transformer feedback, a double feedback loop, increasing the stability of the power; on protection, with output overload, short circuit protection, overcurrent protection, load protection and multiple protection features circuit, and enhance the reliability and security of supply; inverter power dependence of the clean, efficient, renewable solar energy resources, the use of solar photovoltaic cells lithium battery charging plate board, pre-24V lithium battery voltage through DC-DC conversion is about 400V DC high voltage, after the class by a full-bridge DC-AC circuit 400V voltage controlled by SPWM inverter is 220V, 50Hz AC sine standards for the use of electrical appliances.
Introduction
According to 'China Renewable Energy Development Strategic Plan (2006-2020)' (draft) pointed out that China#39;s future generation capacity planning objectives: by 2020 the total installed capacity of renewable energy 1.21times;108KW, which total installed solar PV capacity up to 10times; 105KW[1]. Research shows that one year to the total solar radiation on the earth#39;s surface and 130 trillion tons of coal equivalent energy, solar total reserves can be called the greatest potential for energy development in the world today [2]. Under the strong pull 'Bright Project' pilot projects and 'power to the villages,' engineering projects and other countries of the world PV market, the rapid development of China PV industry [3]. As the solar cell or battery is a DC power supply, when the load is an AC load, the inverter converts DC power into AC power is essential equipment. The so-called inverter, the rectifier means is the inverse transformation, the opening through the semiconductor power switching devices on and off action, the DC can be converted into AC power, a power conversion transpose [4].
Domestic power inverter by using frequency conversion method primarily transformation, frequency inverter is first transformed to produce 50Hz AC signal, and then use frequency booster produces 220V AC. This inverter is a simple structure, reliable operation, but this inverter is bulky, heavy, noisy, high prices, but also to be further improved efficiency [2][4]. With the development of power inverter and power electronics devices, high frequency inverters transform the way gradually inverter market. High frequency inverter power is transformed by high-frequency DC-DC conversion technology, low-voltage DC into high frequency low voltage DC, and then after a high-frequency step-up transformer is rectified into HVDC, HVDC if the sine transform, you can get 220V / 50Hz sine wave AC. This inverter control more links, circuit complexity, but because the use of high-frequency transformation, therefore, small size, light weight, low noise, high efficiency, renewable energy is the product of choice for power generation system [5][6].
Basic square wave inverter circuit is simple, but the output voltage waveform harmonic content is too large, that THD (current harmonic distortion) is too large; phase inverter circuit for multiple overlay THD improved, but the circuit complexity; and based on the positive selection of new single-chip pulse width modulation inverter technology to make up for these shortcomings, not only
harmonics decreases, the circuit is simple, controlled diversification, but also real-time dynamic output feedback, closed-loop control greatly improves the operation of inverter performance.
Input voltage
A typical power inverter device or circuit requires a relatively stable DC power source capable of supplying enough current for the intended power demands of the system. The input voltage depends on the design and purpose of the inverter. Examples include:
12 V DC, for smaller consumer and commercial inverters that typically run from a rechargeable 12 V lead acid battery or automotive electrical outlet.[2]
24, 36 and 48 V DC, which are common standards for home energy systems.
200 to 400 V DC, when power is from photovoltaic solar panels.
300 to 450 V DC, when power is from electric vehicle battery packs in vehicle-to-grid systems.
Hundreds of thousands of volts, where the inverter is part of a high-voltage direct current power transmission system.
Output waveform
An inverter can produce a square wave, modified sine wave, pulsed sine wave, pulse width modulated wave (PWM) or sine wave depending on circuit design. The two dominant commercialized waveform types of inverters as of 2007 are modified sine wave and sine wave.
There are two basic designs for producing household plug-in voltage from a lower-voltage DC source, the first of which uses a switching boost converter to produce a higher-voltage DC and then converts to AC. The second method converts DC to AC at battery level and uses a line-frequency transformer to create the output
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基于单片机的逆变电源设计
李华富，贺伟，何佳佳
1物理与电子信息学院，云南师范大学，昆明，中国2物理与电子信息学院，山西师范大学，西安，中国通讯作者：贺伟，电子邮件：he99wei@aliyun.com
关键词：Spwm;逆变器; SG3525; eg8010
摘要
控制电路中的推挽式功率升压和全桥逆变器电平变化，第一级升压电路采用SG3525芯片推挽控制，闭环反馈;逆变器部分EG8010完成SPWM调制驱动芯片IR2110为全桥逆变器;采用电流互感器反馈对电平输出进行采样后，采用双反馈环路，提高功率的稳定性;具有输出过载，短路保护，过流保护，负载保护和多重保护功能电路，提高供电的可靠性和安全性;逆变器对电力的依赖性清洁，高效，可再生的太阳能资源，使用太阳能光伏电池锂电池充电板板，预先通过24V锂电池电压经DC-DC转换后的高压约400V直流，桥式直流 - 交流电路SPWM变频器控制的400V电压为220V，50Hz交流正弦标准的电器使用。
介绍
根据“中国可再生能源发展战略规划（2006-2020）”（草案）指出，中国未来发电容量规划目标：到2020年可再生能源总装机容量1.21亿千瓦时，其中太阳能光伏总装机容量可达10台times;105KW [1]。研究表明，一年中地球表面的太阳总辐射量和130万亿吨的煤当量能量，太阳能总储量可称为当今世界能源发展的最大潜力[2]。在强力拉动“光明工程”试点项目和“向村庄发电”工程项目等世界各国光伏市场，中国光伏产业发展迅猛[3]。由于太阳能电池或电池是直流电源，当负载是交流负载时，逆变器将直流电转换为交流电是必不可少的设备。所谓逆变器，其整流手段就是逆变换，通过半导体开关器件的开启和关断动作，可将DC转换成交流电源，进行电源转换转换[4]。
国产变频器主要采用变频方式进行变频，变频器先变频为产生50Hz的交流信号，再用变频器产生220V交流电。该变频器结构简单，运行可靠，但该变频器体积大，重量大，噪音大，价格高，而且效率也有待进一步提高[2] [4]。随着电力逆变器和电力电子器件的发展，高频逆变器逐渐向逆变器市场转变。高频逆变电源是通过高频直流 - 直流转换技术，将低压直流电转化为高频低压直流电，然后将高频升压后的变压器整流为高压直流输电，如果正弦变换为高压直流输电可以得到220V / 50Hz的正弦波交流电。这种变频器控制更多的环节，电路复杂，但由于采用高频变换，因此体积小，重量轻，噪音低，效率高，可再生能源是发电系统的首选产品[5] [6] 。
基本方波逆变器电路简单，但输出电压波形谐波含量过大，THD（电流谐波失真）过大;三相逆变电路对多重叠加THD进行了改进，但电路复杂;并在正面选用新型单片脉宽调制技术的逆变技术基础上弥补这些不足，不仅如此
谐波减小，电路简单，控制多样化，而且实时动态输出反馈，闭环控制大大提高了变频器的运行性能。
输入电压
典型的功率逆变器装置或电路要求相对稳定直流电源能够为系统所需的电力需求提供足够电流。输入电压取决于逆变器的设计和目的。例子包括：
12v直流，用于小型消费者和商业逆变器，通常运行从可充电的12v铅酸蓄电池或汽车电器插座。
24，36和48 v直流，这是家庭能源系统的通用标准。
200至400 v直流电源，当电源来自光伏太阳能电池板。
300至450 v直流电源，当电源来自电动汽车电池组在车辆到电网系统。
数十万伏电压，其中逆变器是高压直流电流电力传输系统。
输出波形
逆变器可以根据电路设计产生方波、修正正弦波、脉冲正弦波、脉宽调制波(Pwm)或正弦波。2007台逆变器中两种主流的商业化波形类型分别是正弦波和正弦波。
从低压直流电源生产家用插头电压有两个基本设计，第一个设计采用开关。升压变换器生成高电压直流，然后转换为ac。第二种方法将dc转换为电池级的ac，并使用线频率 变压器来创建输出电压。[3]
方波
这是逆变器设计中最简单的波形之一，并且最适合于低灵敏度的应用，例如照明和加热。方波输出可以产生“嗡嗡”，当连接到音频设备时，通常不适合敏感电子。
正弦波
一种产生多步正弦交流波形的功率逆变器装置称为正弦波逆变器。要更清楚地区分输出比输出少得多的输出修正正弦波(三步)逆变器设计，厂家常使用短句。纯正弦波逆变器。几乎所有的消费等级逆变器都被销售为“纯正弦波逆变器”，根本不会产生平滑正弦波输出，[4]与方波(两步)和改进正弦波(三步)逆变器相比，输出波形较方波少。然而，对于大多数电子产品来说，这并不是至关重要的，因为它们处理的输出相当好。
当功率逆变器装置取代标准线路功率时，正弦波输出是可取的，因为许多电气产品被设计成最好使用正弦波交流电电源。标准电动工具提供正弦波，通常具有轻微缺陷，但有时会产生显著失真。
正弦波输出的正弦波逆变器比正弦正弦波输出更复杂，且比修正正弦波具有明显的成本，只有三步或方波(一步)类型相同的功率处理。开关电源(SMPs)设备，如个人电脑或dvd播放机，功能在质量修改正弦波功率。交流电动机直接运行于非正弦功率，可能产生额外的热量，可能具有不同的速度-扭矩特性，或可能产生更多的声音噪音比运行正弦功率。
修正正弦波
这种逆变器的正弦输出是两倍的总和。方波其中之一是相对于另一个阶段的90度相移。结果是：电压为零伏的三个电平波形；峰值正伏；零伏；峰值负伏，然后零伏。这序列重复。由此产生的波非常类似于正弦波的形状。大多数廉价的用户功率逆变器产生了一种修正正弦波而不是纯正弦波。
商用可修改正弦波逆变器的波形类似方波，但在极性反转过程中出现停顿。[3]开关状态是为正、负和零电压而开发的。通常，峰值电压为RMS电压比与正弦波不保持相同的关系。直流母线电压可以主动调节，或者可以修改“on”和“off”时间，以保持相同有效值输出到直流母线电压以补偿直流母线电压变化。
在保持恒定频率时，可以调整到时间的比值，以改变rms电压，并将其称为脉冲宽度调制(Pwm)。根据所研制的模型给出了所产生的栅极脉冲，获得了所需输出。输出谐波频谱取决于脉冲宽度和调制频率。当感应电动机运行时，电压谐波通常不关心；然而，电流波形中谐波失真引入了额外加热，产生脉动转矩。
许多电器设备在修改正弦波逆变电源中运行非常好，特别是在自然界中电阻等负载，例如传统白炽灯泡。项目中的开关电源几乎完全没有问题操作，但是如果项目有一个主变压器，那么它会过热取决于它的额定程度。
然而，由于与修正正弦波有关的谐波，负载可能会较低效率地运行，并且在运行过程中产生嗡嗡声。这也影响整个系统的效率，因为制造商的名义转换效率并不反映谐波。因此，纯正弦波逆变器比逆变正弦波逆变器具有更高的效率。
大多数交流电动机都会运行于垃圾转换机上，由于谐波含量降低，效率降低约20%。然而，他们可能会很吵。调谐到基频的串联lc滤波器可能会有所帮助。
在用户功率逆变器中发现的一种常见的正弦波逆变器拓扑结构如下：一种快速开关电源的车载单片机。n.MOSFETs高频频率为50 khz。该传感器直接从低压直流电源(例如电池)中拉出来。该信号随后通过升压变压器(通常许多较小的变压器并联以减小逆变器的整体大小)产生较高电压信号。然后，升压变压器输出通过电容器过滤产生高压直流电源。最后，通过单片机对直流电源进行脉冲输出，产生最终的正弦信号。
先进设计
有很多不同的功率电路拓扑和控制策略用于逆变器设计。不同的设计方法解决了各种问题，可能或多或少地重要取决于逆变器的使用方式。
波形质量问题可以从很多方面加以解决。电容器和电感器可以用来滤光器波形。如果设计包含变压器滤波可以应用于变压器的主侧或侧，或者对两侧进行滤波。低通滤波器用于允许波形的基本分量传递到输出，同时限制谐波分量的传递。如果逆变器设计为在固定频率上提供功率，则共振过滤器可以使用。对于可调频率逆变器，滤波器必须调到高于最大基频的频率。
因为大多数负载包含电感、反馈整流器或n.antiparallel 二极管通常都是连接在一起的半导体切换为开关关闭时，提供峰值感应负载电流的路径。在二极管有点类似于自由二极管用于交流/直流变换器电路
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