基于68HC908MR16单片机的光伏正弦波逆变电源

介绍了一种基于MOTOROLA公司生产的68HC908MR16单片机的光伏正弦波逆变电源。该系统应用SPWM技术将经太阳电池阵 压，逆变为标准的正弦单相220V、50Hz交流电压，同时采用新型的数字式PI调节器实现稳压控制，并通过与外界键盘监控系 数调节和系统监控。 ### 基于68HC908MR16单片机的光伏正弦波逆变电源的关键技术解析 #### 一、引言 随着全球能源危机的不断加剧以及环境保护意识的提升，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，受到了越来越多的关注。基于此背景，本文介绍了一种基于MOTOROLA公司的68HC908MR16单片机的光伏正弦波逆变电源。该系统不仅能够有效利用太阳能资源，还能为用户提供稳定可靠的电力供应，尤其适用于我国西部偏远地区的家庭用户。 #### 二、逆变系统结构及原理 ##### 2.1 系统基本结构 系统的基本结构主要包括太阳电池阵列、充电电路、直流电源、逆变电路、工频变压器和滤波电路等组成部分。具体来说： - **太阳电池阵列**：负责将太阳能转化为电能。 - **充电电路**：用于给蓄电池充电，以提供一个相对稳定的直流电压。 - **逆变电路**：将直流电逆变为高频交流电。 - **工频变压器**：用于将高频交流电升压至所需的220V交流电压。 - **滤波电路**：消除高频杂波，确保输出电压的质量。 整个系统的核心控制部分采用68HC908MR16单片机，负责生成SPWM（正弦脉宽调制）信号以及根据输出电压的反馈来实现数字式的PI调节器功能。 ##### 2.2 68HC908MR16单片机特性 68HC908MR16是一款高性能的8位单片机，具备以下特点： - **闪存容量**：32K字节的可擦写片内Flash存储器。 - **PWM输出**：配备有专为电机控制设计的6路PWM输出的PWM模块，适用于单相或三相逆变。 - **故障保护**：拥有专用的故障保护端口，能够在故障发生时快速封锁PWM输出，保障系统的安全性。 - **时钟源**：支持外部晶振时钟或内部锁相环时钟，本文系统选择了内部锁相环时钟以确保频率精度。 - **AD转换**：支持可编程的AD转换时钟，有助于减少中断程序的执行时间。 - **串行通信**：具备SCI串行通信接口，可以实现全双工或半双工模式下的数据传输。 ##### 2.3 逆变主电路 系统采用单相全桥逆变电路，其中开关器件选用的是适用于小功率装置且具有高速开关特性的功率MOSFET。这些开关管的栅极驱动信号由68HC908MR16单片机产生的SPWM信号经过驱动电路后产生。全桥逆变输出的高频SPWM波经过变压器升压和滤波后，最终转化为50Hz的标准正弦交流电压。 ##### 2.4 SPWM波的形成 68HC908MR16单片机内置了一个专门用于电机控制的PWM模块，该模块可以工作在3对互补模式。通过设置PMOD寄存器来决定载波频率。具体实现过程如下： 1. **初始化**：设置PMOD寄存器以确定载波频率。 2. **正弦表**：预先将0～360°之间的正弦值制成表格存于存储器中。 3. **中断程序**：每次PWM模块中的计数器计数到PMOD中的值时触发中断，从中断程序中读取正弦表中的一个正弦值，并进行相应的计算处理后送入PVALX寄存器中。 4. **死区时间**：为了避免同一桥臂的两个开关管同时导通导致短路，通过设置DEADTIME寄存器来确定死区时间，本文系统中设为2.5μs。 5. **过流保护**：PWM模块提供多个故障端口，当检测到过流时，可以通过置位相应端口来封锁PWM输出。 ##### 2.5 系统的控制结构 系统通过数字式PI调节器实现稳压控制。主要控制流程如下： 1. **反馈信号**：通过AD采样获取交流电压的反馈信号，以确保控制精度。 2. **软启动**：系统启动初期采用软启动策略，逐步增加输出电压至所需值，以避免启动时产生大的峰值电流。 3. **PID调节**：根据输出电压与目标电压之间的误差调整PWM信号，从而实现输出电压的稳定控制。 基于68HC908MR16单片机的光伏正弦波逆变电源通过先进的控制技术和高效的硬件配置，实现了稳定、可靠的电力输出，对于促进我国西部地区乃至全国的太阳能开发利用具有重要意义。