基于單片機的雙極性單相spwm逆變器模擬裝置設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-16 12:52 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 驅(qū)動電路設(shè)計電路時逆變器件采用的是場效應(yīng)管 IRF840，它的柵源極之間有一個 2022pF 左右的極間電容，為快速建立驅(qū)動電壓，則要求驅(qū)動電路的輸出電阻很小。而且 IRF840開通時柵源極的驅(qū)動電壓為+12V～+18V ，且每一路管子需要獨立的驅(qū)動電壓，從而采用自舉電源作為驅(qū)動 IRF840 的電源。 1) 主電路設(shè)計：220V 交流電經(jīng)隔離變壓器和調(diào)壓器形成電壓可調(diào)的交流電，再整流成直流電，由 H橋逆變接到負載測試；2) 控制電路設(shè)計：輸出四路用于控制 H橋逆變電路 SPWM信號，載波開關(guān)頻率推薦采用 5KHz左右，上下管要有一定的死區(qū)效果(10usdead time30us)，正弦信號波頻率為 10~100Hz可調(diào)，幅值大于等于 80%母線直流電壓；3) 單片機輸出的 SPWM信號經(jīng) RC濾掉載波提取低頻正弦信號波，便于示波器觀測單片機 SPWM邏輯，具有過流保護功能，能夠軟件保護，硬件保護。本系統(tǒng)采用 PIC單片機中的 16F877A為核心處理器，系統(tǒng)上電后，單片機利用內(nèi)部的 CCP模塊在 RC2口輸出正弦信號頻率從 10Hz、調(diào)制度從 圖 6 雙極性 PWM 控制方式波形SPWM波，同時液晶上顯示正弦信號頻率和調(diào)制度；經(jīng)過一段時間后，得到正弦信號頻率為 50Hz、調(diào)制度為 SPWM波，系統(tǒng)初始化結(jié)束。SPWM 信號通過死區(qū)電路、保護電路后控制光耦隔離器輸出的驅(qū)動信號，進而控制逆變電路 H橋的工作。此后可根據(jù)負載的需求，用按鍵以 10Hz或 1Hz的步進值改變正弦信號的頻率，用按鍵以 步進值（調(diào)制度范圍為 ~）調(diào)整調(diào)制度。使負載高效正常的工作。本系統(tǒng)整機電路采用單片機 16F877A做主控單元，其他部分包括整流濾波模塊、逆變電路和過流檢測模塊、死區(qū)電路模塊、保護電路模塊、驅(qū)動電路模塊、自舉電源模塊、輔助電源模塊、液晶顯示模塊等。系統(tǒng)框架如圖 7所示： 件設(shè)計主電路及過流檢測電路的工作原理圖如圖 8 所示，包括整流濾波電路、單相全橋逆變電路和 LC 濾波電路。整流濾波電路將輸入的單相交流電變成直流電，再經(jīng)電容的濾波形成紋波較小的直流電。全橋逆變電路將直流電變成正弦交流電，經(jīng)過 LC 濾波電VUOA1TLP521GNDAC220 RZ1470RZ251KCZ1104/250V CZ5104CZ2103/250VD16A10D26A10D36A10D46A10CZ320uF/630VLED RZ4100VF5AACACCZ4104/630VO 3C 1M2 RZ310K +5INTOUT1IG1IG4C10uFL RLT1IRF840 T2IRF840T3IRF840T4IRF840+VIG3IG2VS1 VS2COM+VRC0圖 8 主電路圖 7 系統(tǒng)總框圖路后得到失真很小的正弦波。此外為了保證安全，在交流電的輸入端接一 5A 的保險絲。 由于輸入的交流電可達到 220V，所以整流二極管耐壓必須大于 630V，濾波電容的耐壓必須大于 400V，整流二極管允許通過的電流應(yīng)足夠大；本系統(tǒng)選用的整流二極管為 6A10，其耐壓達到 1000V，允許通過的最大電流為 6A，基本滿足要求。場效應(yīng)管 IRF840 屬于電壓型控制器件，可通過給門極相應(yīng)的驅(qū)動信號來控制器件的導(dǎo)通與截止，內(nèi)部含有體二極管，可以起到續(xù)流和反饋的作用。電路中各場效應(yīng)管的柵極控制信號和輸出電壓的波形如圖 9 所示，負載為感性負載，工作時 IG1 和 IG4 的控制信號完全相同，IG2 和 IG3 的控制信號完全相同。IG1 和 IG2的通斷狀態(tài)互補，IG3 和 IG4 的通斷狀態(tài)也互補。電路的工作原理 [2]是：當 IGIG4導(dǎo)通時，IGIG3 截止；當 IGIG3 導(dǎo)通時，IGIG4 截止，每個 PWM 周期中IGIG4 與 IGIG3 交替導(dǎo)通截止，從而產(chǎn)生雙極性的 SPWM 波。如此通過控制開關(guān)管的工作狀態(tài)，使得輸出脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，和正弦波等效，輸出即為單相雙極性正弦波。若要改變輸出正弦波的大小，則只要按照同一調(diào)制率改變上述各脈沖的寬度即可。通過對主電路待測電阻的電流檢測，若出現(xiàn)過流故障，通過光耦三極管 TLP521將檢測信號傳送到單片機處理，并對 SPWM信號進行硬件封鎖和軟件封鎖。為了確保TLP521的工作電流為 10mA~15mA，要使其內(nèi)部三極管正常工作應(yīng)接入一個 10K的上拉電阻。驅(qū)動電路的工作原理圖如圖10 所示：采用四路高速光耦隔離器 HCPL3120來分別驅(qū)動 H橋的四個 MOS管及實現(xiàn)控制信號與主電路的 IO隔離，當信號輸入端 QG1或 QG2為低電平時，芯片圖 9 柵極控制信號和輸出電壓波形 DF14148DF24148DF34148DF44148V1 82 73 64 5UF1HCPL31201 82 73 64 5UF2HCPL31201 82 73 64 5UF3HCPL31201 82 73 64 5UF4HCPL3120VS1VB1VB2VS2+15V+15V+5V+5V+5V+5VPP1PP2PP3PP4RG1180RG2180RG3180RG4180R5180R6180R7180R8180R182R282R382R482RF110KRF210KQG1+5QG2+5QG2+5QG1+5 VB1+15VB2+15VS2VS1VIG1IG2IG3IG4圖 10 驅(qū)動電路內(nèi)部的光耦三極管導(dǎo)通，6 腳和 7腳相接可以產(chǎn)生 2A的電流，在此處接入下拉電阻目的是為了拉低該處電壓，防止在 MOS管不工作時候?qū)?yīng)的驅(qū)動管腳懸空，從而收到其它脈沖的干擾，導(dǎo)致管子誤觸發(fā)。此外， 起限流作用， 和二極管 是為了讓啟5R1R1DF動速度慢，關(guān)斷時間快，有助于保護 MOS管。由于驅(qū)動四個 MOS管工作都需要獨立電源，為了不使電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故采用自舉電路來提供。當下管導(dǎo)通時，輸入 15V電壓通過快恢復(fù)二極管、電容、下管形成回路，向相應(yīng)的電容充電，電容上的電壓達到充電電壓；下管斷開時，電容的上電壓維持充電電壓，負端的電位跟隨下管的電壓上升，自己將電位舉起，這樣電容上
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