【正文】 比較困難。 PIC16F73單片機(jī)內(nèi)部含有兩個(gè) CCP模塊，都可以用來產(chǎn)生 PWM波。當(dāng) TMR2 的中斷標(biāo)志位 TMR2IF 被置高電平時(shí)，系統(tǒng)將執(zhí)行定時(shí)中斷服務(wù)程序，圖 81所示是其 SPWM 流程圖。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 32 頁 共 54 頁 8 軟件設(shè)計(jì) 正 弦波脈寬的生成 根據(jù) 第二章 正弦波脈寬調(diào)制 (SPWM)的產(chǎn)生原理，若把 U=Urmsintωt 正弦波在半周期內(nèi) N等分，第 i 個(gè)等分段正弦波的面積為 Si，則有： （ 81） 若再使矩形波的幅值等于輸入正弦波的幅值 Urm，并使每段矩形波的面積等 于對(duì)應(yīng)段的正弦波的面積，那么，便可以得到矩形波脈寬的值為： （ 82） 由于脈沖寬度是按照正弦波的規(guī)律變化，故可把這些脈沖寬度 DK的值編制成數(shù)值表 （如表 1） ，再用單片機(jī)通過查表輸出脈沖序列。通過上述措 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 31 頁 共 54 頁 施，可有效保護(hù)開關(guān)管在短路與過載情況下不損壞。對(duì)于電路過載，設(shè)計(jì)中將取樣電阻 (因負(fù)載電 流較小，這個(gè)方案可行，如果負(fù)載電流很大的情 況下，為了減小取樣電 阻 損耗的功率，應(yīng)該采用 電流互感器進(jìn)行電 流取樣 )串接在輸出回 路中， 以檢測(cè)負(fù)載電流。對(duì)于橋式逆變電路，如果發(fā)生 橋臂直通短路或負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，流過開關(guān)管 上的 電流迅速增大，若不采取措施 在很短的 時(shí)間 內(nèi)，功率開關(guān)管被燒毀。因此，單純的并聯(lián)阻容吸收回路并不能有效 的防止過電壓擊 穿。當(dāng)輸入電壓過高時(shí)，3． 3V穩(wěn)壓管將電壓值鉗位在 3． 3V，起到保護(hù)控制芯片的作用。 不應(yīng)影響 NMOS的開關(guān)特性。但是當(dāng)出現(xiàn)更為嚴(yán)重的過載，例如負(fù)載短接，逆變電路橋臂短接，變壓器原邊或副邊短接等等，故障電流將在 NMOS管中急劇上升，這時(shí)就要給 NMOS提供一個(gè)快速保護(hù)電路。 采樣反饋電路如圖 71所示。用 N溝道場(chǎng)效應(yīng)管 作為開關(guān)管。 NMOS綜合了 MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，考慮半橋電路特點(diǎn)當(dāng)上橋 臂或下橋臂關(guān)斷時(shí)，其自身承受兩倍直流輸入電壓。 經(jīng)過上訴比較，本設(shè)計(jì)最后選取全橋 逆變 電路。該電路拓樸結(jié)構(gòu)及控制較為復(fù)雜，元件較多，成本較高。半橋逆變電路使用的器件很少，驅(qū)動(dòng)簡單，抗電路不平衡能力強(qiáng)，但輸出交流電壓的幅值僅為 Vd/2，同樣輸出功率條件下，功率管額定電流值要大于全橋逆變電路兩倍，且需要分壓電容器，所以一般用于中小功率 等級(jí)逆變電路。 圖 61推挽逆變電路 半橋逆變電路的原理 圖如圖 62所示。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 26 頁 共 54 頁 6 逆變電路設(shè)計(jì) 逆變電路拓?fù)浯_定 常用的電壓型單相逆變電源主電路一般有推挽逆變電路、半橋逆變電路和全橋逆變電路三種基本主電路形式。 圖 53 驅(qū)動(dòng)電路 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 25 頁 共 54 頁 如圖 53所示為本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路。 IR2110的內(nèi)部功能框圖如圖 51所示。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 24 頁 共 54 頁 圖 52IR2110的內(nèi)部功能框圖 IR2110采用 HVIC和閂鎖抗干擾 CMOS制造工藝， DIP14腳封裝。隨著驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷成熟，已有多種集成厚膜驅(qū)動(dòng)器推出例如EXB840/84 EXB850/85 M57959L/AL、 M57962L/AL、 HR065 等等，它們均采用的是光耦隔離，仍受上述缺點(diǎn)的限制。而且最大占空比被限制在 50％。光電隔離具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但存在共模抑制能力差，傳輸速度慢的缺點(diǎn)。一 般對(duì)驅(qū)動(dòng)電路有如下要求： 1) 改善器件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能：作為功率開關(guān)希望減小器件損耗，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)保證器件的充分導(dǎo)通和可靠關(guān)斷以減低器件的導(dǎo)通和開關(guān)損耗； 2) 實(shí)現(xiàn)與主電路的隔離：由于大多數(shù)主電路是高電壓格局，要求控制信號(hào)與柵極間無電耦合； 3) 具有較強(qiáng)的抗干擾能力：目的是防止期間在各種外擾下的誤開關(guān)，保證器件在低 頻工況下可靠工作； 4) 具有可靠地保護(hù)能力：當(dāng)主電路或驅(qū)動(dòng)電路自身出現(xiàn)故障時(shí) (如過電流和驅(qū)動(dòng)電路欠電壓等 )，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)迅速封鎖輸出正向驅(qū)動(dòng)信號(hào)并正確關(guān)斷器件以保障器件安全。 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 電力電子器件的驅(qū)動(dòng)是電力電子電路與控制電路之間的接口，是電力電子系統(tǒng)的重要的環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有很大的影響。單片機(jī)通過內(nèi)部軟件產(chǎn)生一路 SPWM控制信號(hào)，然后經(jīng)過邏輯門變換電路變換成逆變?nèi)珮蛩璧乃穆夫?qū)動(dòng)信號(hào)，再經(jīng)專用驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110隔離放大后，分別加到逆變?nèi)珮蛩膫€(gè) NMOS的柵極，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。為避免兩管均導(dǎo)通造成變壓器原邊短路， Q Q2的占空比均不能大于 50％，并相互錯(cuò)開以留有一定的死區(qū)。 C11構(gòu)成輸出濾波電路。從輸出端看，反激式是電流源，不能開路。如圖 41(d)，功率管只承受電源電壓，并且鐵芯利用率高，易采用軟開關(guān)工作方式，但功率器件較多，控制及驅(qū)動(dòng)較復(fù)雜，并且存在直通現(xiàn)象。適合低壓大電流場(chǎng)合。另外，由于添加了去磁繞組使變壓器的機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，變壓器工藝水平的高低將直接影響到電路的性能。如圖 41(a)，電路拓?fù)浜唵危谧儔?器繞組中加一去磁繞組就可以實(shí)現(xiàn)去磁，是中小功率變換器常用的設(shè)計(jì)方案。 圖 31逆變電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 直流升壓電路 濾波 濾波電路 逆變電 路 輸出濾波 交流檢測(cè)反饋 單片機(jī)控 制 SPWM 驅(qū)動(dòng)控制 交流輸出 直流輸 入 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 19 頁 共 54 頁 4 直流升壓電路設(shè)計(jì) 直流升壓主電路拓?fù)浯_定 本文所設(shè)計(jì)逆變器的輸入電壓為 36V48V直流，而其輸出則要求 220V穩(wěn)壓的，因此必須加升壓變壓器。直流升壓采用 全橋 電路，工作頻率在 50kHz；高頻逆變 后經(jīng)過高頻變壓器變成高頻交流電，再經(jīng)過高頻整 流濾波電路得到 350V高壓直流電。 本章小結(jié) 本章分別介紹了逆變電源 工作 的基本原理 、 SPWM的調(diào)制 、 SPWM的 采樣以及 SPWM的生成過程。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 17 頁 共 54 頁 脈沖的占 空度 不等寬序列脈沖也造成了每周期正弦量內(nèi)單個(gè)脈沖的占空度差異，在正弦量換向過零點(diǎn)左右近旁的兩個(gè)脈沖具有最小的占空比，這利于減小對(duì)負(fù)載及濾波器件的沖擊和損耗。其內(nèi)容的特殊性為 NH數(shù)列位于正弦曲線峰值處都有兩個(gè)脈沖合并而成，并且其時(shí)間量將小于兩個(gè)三角波周期的時(shí)間量之和。所以，形成 SPWM波的 N必然是 6或 6以上的偶數(shù)正整數(shù)數(shù) 列，即自起始端向上遞增的 N數(shù)列 為 6+2+2+?。在單脈沖（方波）交流狀態(tài)下，每周期交流量內(nèi)包含有正負(fù)半周各一個(gè)脈沖，尚可理解為 N=2，考慮到正負(fù)半周的對(duì)稱性，故 N不能為奇數(shù)。 例如，按（圖 28）的調(diào)制情況，運(yùn)算所得的交點(diǎn)數(shù)據(jù)如（表 21）所示，表中其余3/4部分的數(shù)值可由同理類推 。 于是，所有直線均可寫成 n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的斜截式直線方程： y＝ k x＋ b （ 23） 根據(jù)直線角系數(shù)的關(guān)系式和每一直線段的相位區(qū)間得各直線已知的相位角和兩個(gè)交叉點(diǎn)的幅值坐標(biāo)，即可求得各直線各自的斜率（ k ）和常數(shù)項(xiàng)（ b），從而確定所有完整的直線方程如下： ni ＝ k （ np ）＋ nb （ 24） 緣于正弦曲線與 n個(gè)直線相交后需要求解 n個(gè)交點(diǎn)（ np ）的目標(biāo)坐標(biāo)值（ x np ， y np ），而且必須同時(shí)滿足式（ 1）和式（ 3）或是正弦曲線與各直線的各個(gè)交點(diǎn)（ np ）的坐標(biāo)值必須重合 ，即： 正弦曲線中的某一（ np ）點(diǎn)的坐標(biāo)值（ x np ， y np ）必須等于對(duì)應(yīng)的某一直線段中（ np ）點(diǎn)的坐標(biāo)值（ x np ， y np ），或者是： sin（ np ） = k （ np ）＋ nb （ 25） 據(jù)此，正弦曲線（圖 28a）與任一直線的交點(diǎn)坐標(biāo)（ x np ， y np ）必將被鎖定于橫軸（ 0＜ x＜ ? ）；縱 軸（ 0＜ y＜１）的范圍之內(nèi)，續(xù)次利用牛頓迭代法即可求得所有交點(diǎn)（ np ）的具有相當(dāng)近似精度的相位角（ x np ），然后將（ x np ）代入式（ 1）就能解得各交點(diǎn)的瞬時(shí)幅值（ y np ），由此完成全部的調(diào)制過程。由于載波比（ N）是人為選定的 ，因而 N的變化將影響直線的數(shù)量（ n）、直線的傾角、直線與直線相交后交叉點(diǎn)的相位角和正弦曲線與某一直線交點(diǎn)的相位角（ np ）。由（圖 28）可 知，正弦基波的零點(diǎn)和三角載波的峰點(diǎn)與時(shí)間起點(diǎn)相重合，故初相角為 0，當(dāng)最大值為 1，最小值為 1或剔除所有無效變量后，正弦方程將簡化為單純的正弦曲線： ni ＝ sin（ np ） （ 22） 其中 : ni ：正弦曲線與某一直線交點(diǎn)的瞬時(shí)值； （ np ）：正弦曲線與某一直線交點(diǎn)的相位角。當(dāng)正弦基波與若干個(gè)等幅的三角載波在時(shí)間軸上相遇時(shí)，并令正弦波的零點(diǎn)與三角波的峰點(diǎn)處于同相位（圖 28a），所得的交點(diǎn)（ p）表達(dá)為時(shí)間意義上的相位角和對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)幅值，交點(diǎn)間的相位區(qū)間段表示以正弦部分為有效輸出的矩形脈沖群（圖 28b）。 不良波形或失真嚴(yán)重的正弦交流量必然產(chǎn)生大量 的低次、高次及分?jǐn)?shù)諧波，豐富的諧波分量與基波疊加的情景使得正負(fù)峰值幾乎同時(shí)發(fā)生，換向突變時(shí)急劇的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將對(duì)負(fù)載造成沖擊并導(dǎo)致負(fù)載特性的不穩(wěn)定或漂移，又加重了濾波器件的負(fù)擔(dān)，損耗也隨之增大，非但降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)，還對(duì)周邊設(shè)備造成不良影響。 典型的 H橋逆變電路很容易理解（圖 27）， ur t2 t3 t1 T1 M ut 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 12 頁 共 54 頁 (a)負(fù) 載(b) ( c ) 圖 27H橋和交流電流 波形圖 對(duì)角聯(lián)動(dòng)的兩個(gè)開關(guān)器件和與之對(duì)應(yīng)的另一組對(duì)角橋臂同時(shí)實(shí)施交替的開關(guān)作業(yè)時(shí)，建立運(yùn)行后，流經(jīng)負(fù)載的電流即為交流電流（圖 27b），考慮到功率器件關(guān)斷時(shí)的滯后特性避免造成短路，通常都做成（圖 27c）的波形結(jié)構(gòu)。其缺點(diǎn)是直流電壓利用率較低，線性控制范圍較小。其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階 梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn) SPWM法。 圖 24雙極性 SPWM波形 0 0 0 wt wt wt u0 ux ur u uc 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 10 頁 共 54 頁 SPWM 的采樣方法 SPWM 的采樣方法有 很多，下面就對(duì)一些常用的采樣方法做一個(gè)大概的介紹。單極性正弦脈寬調(diào)制原理波形如圖 23 所示， 用單相正弦波全波整流電壓信號(hào)與單向三角形載波交截、再通過倒相得到功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，或直接用參考正弦波與單向三角形載波交截產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng) U c＞ Ur 時(shí)，元件開通；當(dāng) U cUr時(shí)，元件關(guān)斷，形成的調(diào)制波是等幅、等距但不等寬的脈沖列，經(jīng)半波倒相后輸出。 根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后， SPWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來?？梢钥闯?，各脈沖寬度是按正