基于单片机的车载正弦波逆变辅助供电系统设计

卢晓辉

摘要： 课题主要研究以单片机为控制核心的车载正弦波逆变辅助供电系统的设计，项目由用嵌入式微型控制器的控制部分电路、可显示逆变器工作信息的显示模块、推挽升压控制芯片驱动推挽升压部分电路、全桥逆变部分电路等单元组成。

Abstract： The project is composed of the control circuit of embedded microcontroller， the display module which can display the working information of inverter， the push-pull boost circuit driven by push-pull boost control chip， the full bridge inverter circuit and so on. The DC input from the battery is filtered by the capacitor and sent to the push-pull boost converter driven by the push-pull boost control chip.

关键词： 车载逆变器;全桥逆变;推挽升压

Key words： car inverter;full bridge inverter;push pull boost

中图分类号：U223.6                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）21-0024-02

0  引言

随着社会的发展，汽车越来越多地进入家庭，与人们的生活逐渐联系到了一起。然而，汽车只有直流电，而且它的电压一般较低，例如轿车是12V大型货车一般是24V，笔记本电脑、手机充电器等常用小电器不能够直接在车上使用，在很多情况下限制了人们的使用，尤其在旅行、出差工作的时候。因此，汽车电源越来越受到人们的重视。传统的汽车电源通常采用低压的逆变器加工频变压器的方案，但是该方案效率低、体积大、重量大可靠性极低并且不方便使用，并不适用于车载的恶劣环境。随着新型电力电子元件和电力电子技术的发展，高频变压器被用作升压变换器，实现了对高频变压器的逆变电路。它存在于传统的汽车电源中，可以解决这一问题，保证汽车电源的可靠性减小了逆变器的体积，更加适用于汽车使用的环境。

1  系统总体设计

本逆变器系统控制终端的是以STM32F103C8T6单片机作为中央控制单元，负责数据处理，控制所述温度控制模块，温度采集模块，显示模块。电源电路将电池电压经过三端稳压器LM7805，稳压后的5V再经过AMS1117降压到3.3V供给单片机。系统框图如图1所示。

2  系统硬件设计

为了提高MOSFET的帶负载能力，通常将MOSFET接成全桥式或者是半桥式，这样每个MOSFET承受的电压为VCC/2，在需要较大的输出电压场合就可以用较小的MOSFET耐压来实现。桥式电路如图2所示。

将正弦波的正半个周期生成的SPWM波，送入Q8和Q10让其同时导通（此时须先让Q7和Q9截止），那么在负载RL上得到正半个波形的SPWM波形。将正弦波的负半个周期生成的SPWM波，送入Q7和Q9让其同时导通（在Q7和Q9之前必须先让Q8和Q10截止，以防止系统短路），那么在负载RL上得到负半个波形的SPWM波形。也就是在整个正弦波周期，RL上的波形是正半个SPWM和负半个SPWM的叠加，就得到一个全波型的SPWM。

3  系统软件设计

基于单片机的车载正弦波辅助供电系统的软件设计包括驱动使能、电压报警、AD转换、数字显示模块，系统首先完成STM32F103C8T6的初始化，然后检查电路各部分是否正常，若出现不正常的情况，蜂鸣器报警，等待处理。然后ADC检测电路工作，将模拟量转换成数字量反馈给单片机，单片机将采集到的信息通过液晶显示到显示屏上，通过调节SPWM占空比，使输出的正弦波电压稳定，最后在输出部分得到需要的波形。主程序流程图如图3所示。

4  测试结果

测试前对原理图进行检查并且无误，对PCB连线检查无误，焊接正确测试在实验室中进行，无恶劣电磁环境干扰，室温25℃。对逆变器进行了整体调试，在空载情况下使用福禄克17B+万用表以及福禄克123B示波表对于输出电压以及频率进行了多次测量，测试结果见表1。

根据表格测量数据可以得出，在空载时逆变器输出电压达到了220V±0.1V，测量频率达到50Hz±0.02Hz，结果表明逆变器空载时输出参数达到了设计要求。

在带载情况下使用福禄克17B+万用表以及福禄克123B示波表对于输出电压以及频率进行了多次测量，测试结果见表2。

根据表格测量数据可以得出，在空载时逆变器输出电压达到了220V±0.1V，测量频率达到50Hz±0.02Hz，输出电流约为1.2A，输入电压约为23.7V，输入电流约为13A，效率η≈85.7%，参数达到设计要求，表明逆变器带载时输出参数达到了设计要求。

5  结束语

本文提出了一种基于单片机的车载正弦波逆变辅助供电系统。系统结构简单，建设成本低，可靠性高，能够有效解决现有车载逆变器存在的成本高、难以使用的问题，本文设计的车载正弦波辅助供电系统能够满足功率以及电压稳定输出等基本要求，在过压、欠压、过流情况下可以实现保护功能并发出报警。可以实现电压电流显示并且精度基本符合要求，综上所述本设计基本完成了设计任务要求。提升了整体环境安全性，对提高当前人们生活水平和生活质量具有十分广泛的实际应用意义。

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