【正文】 18 22 ? NH 8 12 16 20 24 ? 半周期脈沖數(shù) 3 5 7 9 11 ? 表 23 1/4周期內(nèi)的交點(diǎn)分布情況 N=12 相位角 瞬時(shí)值 第一脈沖 前沿 ? 后沿 ? 第二脈沖 前沿 ? 后沿 ? 第三脈沖 前沿 ? 例如與 N=10（圖 28）和相鄰的 N=12（圖 210）的調(diào)制結(jié)果數(shù)據(jù)如（表 21）、（表23）所示，顯而易見(jiàn)，兩者的共性是周期脈沖數(shù)相同；兩者的差別即交點(diǎn)的布局或相位角與瞬時(shí)值均具有較大的不同；而兩者的脈沖總面積精度則按 N的遞增而遞增。為下文的單片機(jī) SPWM編程提供原理性基礎(chǔ)。升壓環(huán)節(jié)實(shí)際上是 DC/DC開(kāi)關(guān)電源， DC/DC變換器的拓?fù)浜芏啵捎玫?DC/DC變換器是作為逆變電源的直流升壓環(huán)節(jié)，需要有電氣隔離。 (2)推挽式。適合大功率場(chǎng)合。當(dāng) Ql加上驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí) Q1導(dǎo)通 Q2截止， 變壓器輸出端電壓上負(fù)下正；當(dāng) Q2加上驅(qū)動(dòng)信號(hào)， Q2導(dǎo)通， Q1截止，變壓器輸出端電壓上正下負(fù)。為了提高輸出電壓的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)中采用了電壓反饋閉環(huán)。 在功率變換裝置中 ，根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu)，其功率開(kāi)關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)兩種方式。而且 信號(hào)的最小寬度又受磁化電流所限。具有獨(dú)立的低端和高端 輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá) 500V， dv/dt=177。 IR2110的 SD由單片機(jī)輸出控制， 單片機(jī)根據(jù)采樣反饋的情況判斷芯片的導(dǎo)通與關(guān)斷。在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容，使得兩個(gè)電容的聯(lián)接點(diǎn) A為直流電源的中點(diǎn)，當(dāng) T T2都截止時(shí)，電容連接點(diǎn)電壓為直流輸入電壓的一半。由于主電路可以輸出高壓和大電流，所以一般常用于高壓大功率逆變電源系統(tǒng)。并考慮一定的裕量 。輸出 220交流電源經(jīng)過(guò)變壓器降壓再 經(jīng)過(guò) LC濾波輸出，采用電壓瞬時(shí)值反饋，對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣隔離，反饋信號(hào)送給 單片機(jī) 變換保存，得到脈寬控制量，通過(guò) SPWM生成環(huán)節(jié)產(chǎn)生各功率管的開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制功率管的通斷，使輸出電壓盡可能跟蹤基準(zhǔn)正弦給定信號(hào)。 保護(hù) 電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)允許輸入直流電壓范圍是 36V～ 48V，由于 PIC16F73具有 12位轉(zhuǎn)換精度的 A/D口，電壓測(cè)量范圍 O～ 3． 3V。 所以，還必須在管子兩端并聯(lián)壓敏電阻。電流取樣值經(jīng) 接口電路直接輸入到單片機(jī)的 A/D口，然后由程序?qū)⒉蓸?值 與過(guò)載電流 限制設(shè)定值比較。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可采用載波頻率 fc=25 kHz，交流頻率 fs=50Hz，載波比 N=fdfs 來(lái)確定正弦波離散點(diǎn)的個(gè)數(shù)，即一個(gè)周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù) (設(shè) N=500)。對(duì)于 PWM信號(hào)來(lái)說(shuō)，周期和脈寬是兩個(gè)必不可少的參數(shù)， PIC16F73單片機(jī)將 PWM周期儲(chǔ)存在 PR2寄存器中，而將 PWM信號(hào)高電平時(shí)間值即脈寬值儲(chǔ)存在 CCPR1L或 CCPR2L寄存器中。這64個(gè)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔也轉(zhuǎn)換成計(jì)時(shí)步階儲(chǔ)存到 CCPR1H和 CCPR1L寄存器中，程序運(yùn)行過(guò)程中， 計(jì)數(shù)器 TIMER1不斷和這個(gè)寄存器的值相比較，達(dá)到設(shè)定值時(shí) CCP1產(chǎn)生中斷，TIMER1重新計(jì)時(shí)。本系統(tǒng)中， SPWM周期為 20KHZ,設(shè)置每六個(gè)周期改變一次脈寬 。中斷程序完成查找正弦表值和 A/D取樣值后，再進(jìn)行 PI 調(diào)節(jié)，即可得出修正值，并將該修正值寫(xiě)入 *RxL 寄存器中 。 圖 72過(guò)流保護(hù)電路圖 本章小結(jié) 本章根據(jù)電路設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)了反饋采樣 /保護(hù)電路。短 路與過(guò)裁是兩種 不同 的故障狀態(tài)，短路故障一經(jīng)出現(xiàn)，裝置就應(yīng)該立即停 止工作，因?yàn)槎搪冯娏髟诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)就會(huì)升 到很高的幅值 ，可在瞬間損壞電 路元件。 整個(gè)裝置中， 功率 開(kāi)關(guān)管是 最容易損壞的元件，電路中出現(xiàn)的過(guò)電壓、過(guò)電流均會(huì)致其損壞。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 30 頁(yè) 共 54 頁(yè) 設(shè)計(jì)短路保護(hù)電路要求 設(shè)計(jì)短路保護(hù)電路的幾點(diǎn)要求： l、在器件失效之前完成 NMOS的關(guān)斷，對(duì)于 NMOS所經(jīng)歷的所有工作狀況，它應(yīng)是成立的。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 29 頁(yè) 共 54 頁(yè) 7 采樣 反饋 ／ 保護(hù) 電路設(shè)計(jì) 采樣 反饋 電路設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)該是以安全性、可靠性為第一原則。如圖 64所示為逆變環(huán)節(jié)主電路圖。本設(shè)計(jì)采用半橋逆變電路結(jié)構(gòu)。 圖 61所示的推挽電路，將升壓變壓器的中心抽頭接于正電源，兩路相反的 PWM驅(qū)動(dòng)脈沖送至開(kāi)關(guān)管 T T2的基極，控制兩只功率管交替工作，得到方波交流電壓經(jīng)變壓器輸出。由三個(gè)部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護(hù)。 美國(guó) IR公司生產(chǎn)的 IR2110驅(qū)動(dòng)器。快速光耦的速度也僅幾十 kHz。功率元件的驅(qū)動(dòng)電路必須具備兩個(gè)功能： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 23 頁(yè) 共 54 頁(yè) 一是實(shí)現(xiàn)控制電路與被驅(qū)動(dòng)的 IGBT柵極或者 MOSFET柵極間的電隔離；二是提供合適的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖電流。 本章小結(jié) 本章首先確定了前級(jí)直流升壓主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為 全橋 升壓方式； 然后 對(duì) 各種 變換器的原理 做了分析 比較得出選擇全橋 升壓電路 的原因 ； 最后 簡(jiǎn)單 介紹了 全橋 升壓電路中的變壓器、功率開(kāi)關(guān)管、整流器件、輸出濾波電感電容的參數(shù)選擇。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 20 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 41DC/DC隔離變換拓?fù)鋱D 升壓電路 選擇 根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，選用全橋式升壓電路。 (3)半橋式。但是，這種拓?fù)浯嬖谠S多不足之處。后級(jí)采用單相全橋逆變電路，采用 SPWM控制，再通過(guò)濾波電路得到 220V/50H交流輸出。繼而正弦函數(shù)值逐漸遞增的負(fù)載電流抵達(dá)峰值時(shí)，則由大占空比脈沖提供大電流以滿足功率需求，這一規(guī)律也利于提高輸出功率、綜合效率和改善系統(tǒng)的整體性能，這也是 SPWM波所追求的目標(biāo)。 由于 N數(shù)列中依次相鄰而又相互錯(cuò)位間隔的低位（ NL）與高位（ NH）數(shù)列存在明顯的個(gè)性差異，從而形成了 6+4+4+?和 8+4+4+? 兩個(gè)系列的偶數(shù)數(shù)列。 表 21 1/4周期內(nèi)的交點(diǎn)分布情況 N=10 相位角 瞬時(shí)值 第一脈沖 前沿 ? 后沿 ? 第二脈沖 前沿 ? 后沿 ? 第三脈沖 前沿 ? 調(diào)制運(yùn)算得兩組（ np ）交點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此，實(shí)際應(yīng)用的基本方式也僅有兩種。又由于三角波的直線線段相交后交叉點(diǎn)的最大幅值與正弦曲線等幅，故所有直線交叉點(diǎn)位于正弦曲線正半周區(qū)間內(nèi)各自的相位角的上限和下限（ ? ， 0）成對(duì)應(yīng)的比例；正弦曲線正半周區(qū)間（ ? ， 0）內(nèi)的直線與直線相交后交叉點(diǎn)的相位角分布均勻。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 13 頁(yè) 共 54 頁(yè) pp 圖 28矩形脈沖圖 由此， SPWM波的基本概念是每一周期的基波與若干個(gè)載波進(jìn)行調(diào)制（載波的數(shù)量與基波之比即為載波比），并依次按正弦函數(shù)值定位的有效相位區(qū)間集合成等幅不等寬且總面積等效于正弦量平均值的正弦化脈沖序列。顯然開(kāi)關(guān)器件輸出的是方波（矩形波）交流電流。當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn) (或底點(diǎn) )位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期 (即采樣周期 )內(nèi)的位置是對(duì)稱的，這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 9 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 23單極性 SPWM波形分析 雙極性正弦波脈寬調(diào)制方式 雙極性控制則是指在輸出波形的半周期內(nèi)，逆變器同一橋臂中的兩 只元件均處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，但它們之間的關(guān)系是互補(bǔ)的，即通斷狀態(tài)彼此是相反交替的。按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的 SPWM 波形 。例如 ，把正弦半波波形分成 N 等份，就可把正弦半 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 8 頁(yè) 共 54 頁(yè) 波看成由 N個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。加上使用自關(guān)斷器件，開(kāi)關(guān)頻率大幅度提高，輸出波形可以非常接近正弦波。尤其是最近幾年， 微處理器應(yīng)用于 SPWM技術(shù)和實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制以后，更是花樣翻新，到目前為止仍有新的 SPWM控制方式在不斷出現(xiàn)。 SPWM 波形可等效的各種波形： 直流斬波電路：等效直流波形 SPWM 波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和 SPWM 控制相同，也基于等效面積原理。這里所說(shuō)的效果基本提同，是指環(huán)節(jié)輸出效應(yīng)波形基本相同。 總之，逆變電源雖然發(fā)展歷史不長(zhǎng)，但是發(fā)展速度 迅速，它是一種更新?lián)Q代的革命性電源?？傊?，逆變器技術(shù)已經(jīng)涉及各行各業(yè)，以及各種領(lǐng)域的用電設(shè)備。 (3)電動(dòng)汽車 :隨著汽車數(shù)量的不斷增 加，排放氣體對(duì)環(huán)境造成的污染越來(lái)越嚴(yán)重，已經(jīng)成為空氣污染的主要來(lái)源。 逆變技術(shù)在新能源的開(kāi)發(fā)與利用領(lǐng)域有著至關(guān)重要的地位。這將造成用電設(shè)備工作失常，特別是計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)丟失或者硬件的損壞。目前，國(guó)內(nèi)外都在大力開(kāi)發(fā)新能源，如太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電等。為解決此問(wèn)題，必須提高市電電網(wǎng)的供電質(zhì)量。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 2 頁(yè) 共 54 頁(yè) 1 緒論 逆變電源的廣泛應(yīng)用 現(xiàn)代逆變電源以其高集成度、高性能比、最簡(jiǎn)的外圍電路、最佳的性能指標(biāo)等顯著優(yōu)點(diǎn)而受到青睞，可以說(shuō)逆變電源從問(wèn)世以來(lái)就引起了國(guó)內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注。 UPS電源主要由整流器 (包括充電器 )和逆變器組成。采用由逆變器制成的電力有源濾波器 APF和靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器 SVC，可以有效地治理市電電網(wǎng)的諧波污染。進(jìn)入 20世紀(jì) 80年代后，逆變技術(shù)開(kāi)始從應(yīng)用低速器件、低開(kāi)關(guān)頻率逐漸向采用高速 器件、提高開(kāi)關(guān)頻率的方向發(fā)展，使逆變器體積進(jìn)一步減小，效率進(jìn)一步提高，正弦波逆變器的品質(zhì)指標(biāo)也得到很大提高。本文設(shè)計(jì)的電源 是 輸入電壓為 36V～ 48V，負(fù)載電流有效值為 ～ 1A 時(shí)，輸出線電壓有效值應(yīng)保持在 220V,在設(shè)計(jì)中 ,我們采用 SPWM逆變控制技術(shù) ,單片機(jī)控制輸 出 SPWM 波 ,驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件的電壓型逆變電路 ,最后 把直流電壓逆變成穩(wěn)定的交流電壓。 圖 21形狀不同而沖量相同的各種脈沖 上述結(jié)論是 SPWM的重要基礎(chǔ)， 用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波，正弦半波 N等分，看成 N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。具體來(lái)說(shuō)，就是用一種參考正弦波為“調(diào)制波”，而以 N倍于調(diào)制波頻率的三角波為“載波”。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個(gè)作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無(wú)關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動(dòng)態(tài)性能。是指該環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。對(duì)于正弦的負(fù)半周，也可以用同樣的 方法得到 SPWM 波形。改變控制信號(hào) U c 的頻率，則輸出電壓的基波頻率亦隨之 而改變，這 樣就實(shí)現(xiàn)既可調(diào)壓又可調(diào)頻的目的。 圖 25自然采樣法示意圖 規(guī)則采樣法 采用三角波作為裁波的規(guī)則采樣法示意圖如圖 26所示。由于此方法是 SPWM控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻 ，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在計(jì)算繁瑣，數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大，不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn)。當(dāng)然，在不觸及負(fù)載特性、能量轉(zhuǎn)換效率、環(huán)境污染和系統(tǒng)綜合技術(shù)指標(biāo)以及小功率應(yīng)用場(chǎng)合的前提下，就控制方法而言則顯得容易些。從而在純坐標(biāo)條件下，調(diào)制僅為坐標(biāo)區(qū)間數(shù)量的關(guān)系而與時(shí)間或頻率 無(wú)關(guān)。由此取得對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)幅值（ y np ）似乎毫無(wú)意義，但是，對(duì)于模擬控制方法則是一個(gè)極為重要的過(guò)渡參數(shù)。 當(dāng) N=4時(shí)，正負(fù)半周各占兩個(gè)等幅等寬脈沖，因而僅能理解為單純型多脈沖形式的波形結(jié)構(gòu)。 由于兩者的特征既存在共性又有明顯的個(gè)性差異，這一共性造就了 N的理解僅為一個(gè)概念性的量值數(shù)據(jù)，其個(gè)性的差異將為實(shí)施帶來(lái)更為復(fù)雜的論證過(guò)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 18 頁(yè) 共 54 頁(yè) 3 逆變主電路設(shè)計(jì) 圖