【正文】 解決現(xiàn)有UPS電源存在的不足和適應(yīng)各類用電設(shè)備的需求，數(shù)控交流穩(wěn)壓電源的研制將是今后的一個重要的方向。 目前研究現(xiàn)狀現(xiàn)代電源技術(shù)是綜合應(yīng)用了電力電子、電子與電磁技術(shù)、自動控制及微處理器技術(shù)的一種多學(xué)科技術(shù)。隨著電子電源的集成化、模塊化、智能化的發(fā)展，功率集成技術(shù)已模糊了整機與器件的界限。單片電源和模塊電源已取代了整機電源在一些技術(shù)中獲得廣泛應(yīng)用，并且派生出新的供電體系，使單一的集中供電體系走向多元化。進入80年代后，現(xiàn)代電源技術(shù)隨著IGBT、功率MOSFET、IPM、MCT等新元器件出現(xiàn)，諧振變流、軟開關(guān)、電路拓?fù)涞刃吕碚摰闹С郑β室驍?shù)校正、并聯(lián)均流、有源箝位、微機監(jiān)控等技術(shù)的應(yīng)用，使現(xiàn)代電源技術(shù)逐漸走向高頻化。高頻化帶來的直接好處是使電源裝置空前小型化，并使電子電源進入更廣泛的領(lǐng)域。現(xiàn)代電源技術(shù)研究總趨勢是交流電源以PWM為主流，不斷提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，實現(xiàn)功率因數(shù)近似為l的電源，并向大功率推進；直流電源以開關(guān)方式為主流，擴大輸出電壓范圍和穩(wěn)定的多路電壓控制；進一步提高開關(guān)頻率和進一步提高功率密度，提高可靠性，降低電磁干擾和增強抗干擾能力，并使電源模塊朝著超薄型和微型化發(fā)展。 UPS及交流凈化電源UPS電源是一種具有穩(wěn)壓純凈化和無間斷地向負(fù)載提供連續(xù)供電能力的優(yōu)質(zhì)交流電源，它擔(dān)負(fù)著向計算機等重要設(shè)備的供電任務(wù)。隨著計算機等設(shè)備的不斷發(fā)展和日益推廣普及，對UPS電源提出了越來越多的要求，不僅UPS要有很好的靜態(tài)穩(wěn)定性和很快的動態(tài)調(diào)節(jié)，還對UPS的體積和重量提出了更高的要求。UPS電源一般采用PWM技術(shù)，這種技術(shù)在傳統(tǒng)上采用平均值電壓反饋，在線性負(fù)載條件下，顯示出良好的性能。但對非線性負(fù)載引起的沖擊響應(yīng)較慢，而且控制環(huán)節(jié)增多使穩(wěn)定性設(shè)計產(chǎn)生困難。雖然可用瞬時值電壓反饋的PWM技術(shù)來解決，但此種技術(shù)仍屬于周波內(nèi)響應(yīng)，非線性負(fù)載的沖擊響應(yīng)仍然很慢。近幾年利用電流模式的PWM控制技術(shù)，基本上能解決非線性負(fù)載的響應(yīng)很慢的缺點，使得UPS電源性能不斷提高。為了徹底解決現(xiàn)有UPS電源存在的不足和適應(yīng)各類用電設(shè)備的需求，數(shù)控交流穩(wěn)壓電源的研制將是今后的一個重要的方向。 交流穩(wěn)壓電源從交流電源的發(fā)展來看，我國到80年代前期，第一代交流電源主要是以穩(wěn)壓電源為主。第一代穩(wěn)壓電源的功能是穩(wěn)定交流輸出電壓和頻率，這種電源主要用于市電不穩(wěn)定地區(qū)。從80年代后期，隨著各種電器及電子產(chǎn)品中裝備微處理器的品種逐漸增多，此類產(chǎn)品易于受到瞬間停電及電壓波形變化等的影響，造成動作差錯及數(shù)據(jù)丟失，從而對交流電源提出了更高的要求。為此，在八十年代以來，一種具有可任意改變輸出電壓及抗瞬間斷電功能，可以模擬電源線上發(fā)生的異常狀態(tài)，采用線性放大器方式的第二代交流電源問世。這種電源改用微處理器替代原來的簡單的控制電路，可以在短時間內(nèi)進行大量的數(shù)據(jù)處理作業(yè)。進入九十年代以后，絕大部分的電氣設(shè)備都裝備了微處理器及變換電路，而且，為了在設(shè)備內(nèi)部將交流輸入變換為直流，都備有電容輸入型整流電路，使得輸入電流波形產(chǎn)生很大的失真。這種線路阻抗成為導(dǎo)致市場電源電壓波形畸變的主要原因，對于連接在同一網(wǎng)側(cè)的其它用電設(shè)備帶來惡劣影響。這種電源高次諧波的影響形成了社會公害。為了解決高次諧波問題，所采取的對策是使其它設(shè)備不再產(chǎn)生高次諧波。而交流電源設(shè)備，也相應(yīng)增添快速傅立葉變換等功能，強化其測試能力，并增強其智能水平。這是第三代、第四代交流電源的發(fā)展方向。 工業(yè)電源的發(fā)展工業(yè)電源包括變頻電源和電子焊接電源兩種。其中我國在中、小功率變頻電源的研制方面取得了一定的成就，但由于受到電子元器件的限制，在大功率變頻電源的研制和生產(chǎn)上還無法和國外發(fā)達國家相比。現(xiàn)國內(nèi)80％的變頻電源依賴進口。而近年來我國在電子控制的焊接電源研究方面取得了一定的成就，使得電子焊接電源從效率、節(jié)能和可控性能上都取得了滿意的效果，電子焊機的體積、重量不斷減小。 直流開關(guān)電源隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，各類設(shè)備對電源的要求越來越高，老式電源已不能滿足技術(shù)要求，隨之而來的開關(guān)電源已取代了老式電源。開關(guān)電源較老式直流電源具有體積小，功率密度高(單位體積輸出功率)等優(yōu)點。早期直流電源一般采用所謂降壓型串聯(lián)控制方式，這種方式的缺點是，輸出電壓下降幅度越大，則功率損耗越大，這些功率損耗變成熱量散發(fā)出來，需要使用較大的散熱片。為了消除這一缺點，后來采用了預(yù)調(diào)節(jié)方式。這種方式可以將施加到串聯(lián)控制元件上的電壓控制在其所需的最低限度以內(nèi)，從而大幅度減少串聯(lián)控制元件所消耗的功率。這種電源對減小電源的體積和提高可靠性起了很大作用。為了進一步減小電源體積和減輕重量，提高輸出的功率密度，從六十年代開始對開關(guān)電源進行研制，電路形式歷經(jīng)分立元件、通用集成電路到專用控制器和單片開關(guān)集成穩(wěn)壓器，性能價格比不斷提高。開關(guān)電源的控制方式傳統(tǒng)上分為脈沖寬度調(diào)制(PWM)式、脈沖頻率調(diào)制(PFM)式和混合調(diào)制式。其中PWM技術(shù)最為成熟。PWM型開關(guān)電源所使用的變換器均是在高壓大電流情況下強制關(guān)斷，隨著電子設(shè)備工作頻率的不斷提高，這種變換器在開關(guān)瞬間需耗大量功率，而且，電壓、電流在開關(guān)時尖峰過大，還需要在開關(guān)器件以及高頻變壓器兩端再加上尖峰吸收電路也消耗一定的功率，為此，現(xiàn)在PWM型電源最佳工作頻率在300kHz以下。如何提高開關(guān)電源的工作頻率、降低諧波干擾和提高效率將成為以后開關(guān)電源研究的方向?？傊?，隨著電子電源的集成化、模塊化、智能化的發(fā)展和電力電子器件的高性能化、拓?fù)潆娐防碚摰膭?chuàng)新、現(xiàn)代控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用及其實現(xiàn)的手段的先進性，現(xiàn)代電源的設(shè)計及分析工具得以進一步完善。今后電源技術(shù)將朝著高效率、高功率因數(shù)和高可靠性方向發(fā)展，并不斷實現(xiàn)低諧波污染、低環(huán)境污染、低電磁干擾和小型化、輕量化。從而為今后的綠色電源產(chǎn)品和設(shè)備的發(fā)展提供強有力的技術(shù)保證，這也將是現(xiàn)代電源發(fā)展的必然結(jié)果。 論文主要研究內(nèi)容綜上所述，自從80年代以來，電力電子技術(shù)取得到了飛速的發(fā)展。然而各種電力電子設(shè)備和裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通、家庭中的廣泛應(yīng)用，會產(chǎn)生大量諧波。諧波所造成的危害已日益嚴(yán)重，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪音，嚴(yán)重時設(shè)備不能正常工作。在鐵路、冶金等行業(yè)尤為明顯。在這些行業(yè)，當(dāng)大功率非線性用電設(shè)備運行時，會給電網(wǎng)注入大量的電力諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓嚴(yán)重失真。根據(jù)我們的實驗觀察，在嚴(yán)重失真時，電壓會出現(xiàn)正負(fù)半波不對稱、波形嚴(yán)重畸變，頻率也會發(fā)生變化。這樣的供電電壓，即使是一般的電力用戶，也難以接受；更無法用其作為檢修、測試的電源同時，在這種情況下，一般普通的穩(wěn)壓電源也難以達到滿意的穩(wěn)壓效果。本文所研制的逆變電源就是針對上述場合而設(shè)計的。其主電路的構(gòu)成采用Boost電路(DCDC)和全橋式逆變電路(DCAC)的組合?？刂齐娐酚蒊R2110芯片產(chǎn)生PWM對主電路進行控制。在文章中對主電路、控制電路的工作過程及相關(guān)參數(shù)的設(shè)計給出了詳細分析，并推導(dǎo)、給出了重要公式。通過實驗及仿真證明了該逆變電源的可行性。第2章 系統(tǒng)方案及基本原理 系統(tǒng)的基本要求本畢業(yè)設(shè)計的課題為單相PWM逆變電源的設(shè)計，其具體的課題要求如下：（1）電源功率1kW；（2）直流電源電壓48V；（3）電流波形盡可能接近正弦波；頻率50Hz；（4）諧波分量幅值盡可能的?。粸榱藢崿F(xiàn)本課題，本系統(tǒng)設(shè)計大體上由直流升壓電路和交流逆變電路組成。其中，直流升壓電路和交流逆變電路是研究的核心。 系統(tǒng)實現(xiàn)的理論基礎(chǔ) 采樣理論在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論[1]：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同，指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如把各輸出波形用傅式變換分析，則其低頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。、b、c所示的三個窄脈沖形狀不同，，但它們的面積（即沖量）都等于1，那么，當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一個環(huán)節(jié)上時，其輸出響應(yīng)基本相同。脈沖越窄，其輸出的差異越小。，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。 a) b) c) d) 形狀不同而沖量相同的脈沖各種脈沖上述結(jié)論是PWM控制的重要理論基礎(chǔ)。下面分析如何用一系列等幅而不等寬的脈沖代替一個正弦半波，就把正弦半波看成由N個彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積(沖量)相等。這就是PWM波形。可以看出，各脈沖的寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果相同的原理PWM波形和正弦半波是等效的。在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可。以上介紹的是PWM控制的基本原理，按照上述原理，在給出了正弦波頻率、幅值和半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，PWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計算出來。按照計算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。 PWM控制的基本原理示意圖但是，這種計算是很繁瑣的，正弦波的頻率、幅值變化時，結(jié)果都要變化。較為實用的方法是采用調(diào)制的方法，即把所希望的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角形作為載波