【導(dǎo)讀】完整源代碼及整套相關(guān)文件QQ68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。開UPS不間斷電源，這已成為信息業(yè)界乃至各行各業(yè)的共識。和形式來考慮其設(shè)計方案。整個UPS主電源裝置由整流/充電器、逆變器、靜態(tài)旁路、維修旁路等部分組成。旁路為UPS定期檢修或故障維修時提供旁路電源。基于電源技術(shù)的高頻化、以上)在線式智能UPS不間斷電源。直流濾波電抗器和濾波電解電容的設(shè)計??????PWM逆變器的基本原理及PWM波的生成方法????

　　

【正文】 。此小型開關(guān)電源模塊可輸出 +5V(Vss), +15V、 15V、 +24V(GND) 等幾種裝置必須的工作電壓。它的輸入為交流 220V或直流 220V?；谡麄€ 裝置控制電路工作功率的考慮，此開關(guān)電源模塊輸出電流為 5V/1A, 24V/, 15V/、 15V/。 對于放大器的工作電源， TL084選用 15V, LM324的 V+為 +, V 為,它們分別由如圖 310所示的電路獲得。 圖 310 放大器工作電源電路 整流 /充電器的控制軟件設(shè)計 由于本論文 是在已開發(fā)的直流充電裝置的基礎(chǔ)上進行的，因此它就作 為了本設(shè)計中的 UPS整流 /充電器。此裝置現(xiàn)已在很多地方運行、使用，技 術(shù)非常成熟。并且整流 /充電器的軟件設(shè)計不是本論文的重點，在此就不 作具體介紹了。 需要強調(diào)的是，由于蓄電池在 UPS不間斷電源中的重要作用，作為給 蓄電池充、放電的整流 /充電器在 UPS中也是至關(guān)重要的，這里也不再作為 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 重點的研究說明。 23 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 ******畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第四章 逆變器的設(shè)計 在整流 /充電器設(shè)計的基礎(chǔ)上，本章進行逆變器的設(shè)計，以完成從直 流向交 流的轉(zhuǎn)變。 逆變器是在線式交流 UPS不間斷電源的核心，因為在在線式 UPS系統(tǒng) 中，無論市電正常與否，逆變電路都必須正常工作，除非逆變器發(fā)生故障， 這是在線式 UPS的特點決定的。因此，逆變器的設(shè)計在整個 UPS設(shè)計中顯得 尤為重要。 PWM逆變器的原理 逆變是將直流電變?yōu)榻涣麟?,實現(xiàn)逆變的電路稱為逆變電路。 UPS 不 間斷電源的交流輸出側(cè)直接和負載相連，其中的逆變電路屬于無源逆變。 在許多場合，電網(wǎng)提供的 50Hz工頻電源不能滿足負載的特殊需要。 UPS不間斷電源的負載就是那些對電源的電壓和頻率的穩(wěn) 定性 (220V/380V, 5OHz)、波形畸變等有著嚴格的要求，且絕不允許瞬時停電的特殊負載。 逆變器的主要功能就是將整流 /充電器輸出的直流電壓變換成穩(wěn)壓穩(wěn)頻 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)的交流電。 逆變電路及其控制方式 逆變最基本的電路就是橋式電路。三相橋式逆變電路原理電路如圖 41所示。 圖中的開關(guān) S16代表實際電路中的電力電子功率開關(guān)器件。只要開 關(guān)按照一定的規(guī)律斷開和閉合就能將直流電變?yōu)榻涣麟姟? 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 圖 41三相橋式逆變電路原理圖 24 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 ******畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 在實際電路中，開關(guān)的切換 (換相 )通過換相電路或控制脈沖來實現(xiàn)。 換相是逆變電路中一個十分重要的概念，因為實際電路中的電力電子開關(guān) 器件并不是理想開關(guān)，它們的開通和關(guān)斷必須在一定的控制條件下進行。 無論是全控型還是半控型電力電子器件 ,只要給控制極適當?shù)男盘枺涂? 以使其導(dǎo)通；但是關(guān)斷時的情況就不同 ,全控型器件可以用控制極信號使 其關(guān)斷，而半控型的 器件，必須采用一定的外部條件或措施才能使其關(guān)斷。 對于有自關(guān)斷能力的器件來說，換相可通過自身來完成，稱為器件換相； 否則要借助其他手段來實現(xiàn)換相，如電網(wǎng)換相、負載換相、電容換相。 在本 UPS不間斷電源設(shè)計中，逆變器的直流輸入側(cè)來自整流器的整流 輸出或者蓄電池的直流輸出，屬于電壓源，因此本設(shè)計中的逆變電路屬于 電壓型逆變電路。 他采用 180176。 到店模式，即在一個周期每個臂導(dǎo)通 電壓型逆變電路的典型控制方式有相控和 PWM控制兩種。 相控是指控制觸發(fā)脈沖的相位，即脈 沖觸發(fā)時刻來改變輸出電壓脈沖 的寬度，從而得到調(diào)節(jié)逆變輸出電壓的作用。這種控制方式輸出電壓為矩 形波，其中含有較多的諧波，對負載有不利的影響；且功率因數(shù)不高，調(diào) 節(jié)時動態(tài)響應(yīng)慢。 采用 PWM控制方式能夠較好地克服上述缺點。 PWM(Pulse Width Modulation)即脈沖寬度調(diào)制控制方式就是對逆變 電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使之輸出一系列幅值相等、寬度不等的脈 沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。按照一定的規(guī)則，對各脈 沖的寬度進行調(diào)制，既可改變逆變輸出電壓的大小，又可改變輸出頻率。 理論和實踐證明 PWM逆變電路具有很強的諧波抑制能力。同時，它還具有 下列特點： (1)逆變輸出波形接近正弦波； (2)動態(tài)響應(yīng)快； (3)功率因數(shù)高。 25 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 ******畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 隨著自關(guān) 斷器件的出現(xiàn)并成熟后 ， PWM控制技術(shù)得到了很快的發(fā)展， PWM型逆變電路獲得了廣泛的應(yīng)用。如今， PWM控制技術(shù)己成為電力電子 技術(shù)中一個非常重要的組成部分，它對提高電力電子裝置的性能，推動電 力電子技術(shù)的發(fā)展起著巨大作用。 PWM逆變器的基本原理及 PWM波的生成方法 正因為 PWM控制技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，逆變電路越來越多地采 用 PWM控制方式。 下面詳述 PWM逆變器的基本原理。 在采樣控制理論中，有一個重要結(jié)論 :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，其效果基本相同即環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相 同。這個結(jié)論是 PWM控制的重要理論基礎(chǔ)。下面以正弦脈寬調(diào)制 SPWM為 例說明 PWM控制的基本原理。 (a） (b) 圖 42 PWM控制的基本原理示 意圖 如圖 42所示，在圖 42a中，將正弦半波分成 N等份，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，都等于 n/N，但幅值不等，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。如果此脈沖序列用同樣數(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，并且使矩形脈沖 和相應(yīng)正弦部分面積即沖量相等，就得到了如圖 42b所示的脈沖序列。 這就是 PWM波形。從中可看出 PWM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，此 PWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 負半周，可用同樣的方法得到相應(yīng)的 PWM波形。這種脈沖的寬度按正弦規(guī) 律變化而和正弦波等效的 PWM波形，成為 SPWM波形。 在 PWM波形中，要改變等效輸出正弦波的幅值只要按同一比例改變各 脈沖的寬度即可。 80C196MC單片機產(chǎn)生 SPWM波形 根據(jù)上面分析的原理 ，我們選用 80C196MC來產(chǎn)生 SPWM波形。下面分 析80C196MC單片機內(nèi)部 PWM波形發(fā)生器 WFG ( Wave Form Generator ) 的原理及如何產(chǎn)生 SPWM波形。圖 43給出了 WFG的原理框圖。 正弦調(diào)制波 相位比 較器 三角載波 死區(qū)信號時 緩沖器 間發(fā)生器 輸 出 圖 43 80C196MC產(chǎn)生 SPWM波形原理框圖 WFG有三個同步的 PWM模塊，可輸出三相互補 PWM波形。三對輸出為 WG1和 /WGI, WG2和 /WG2, WG3和 /WG3,輸出受 WG＿ OUT專用寄存器的控制。 WG＿ OUT寄存器確定 WFG時基計數(shù)器的計數(shù)方式 (向上或向下 )、工作 方式 (方式 0、 3)。 下面以中心對準工作方式 0為例說明 WFG產(chǎn)生 PWM波的原理。 當 WFG的時基發(fā)生器開始工作時，時基計數(shù)器開始向上計數(shù)，原始輸 出有效。當計數(shù)器的值和相位比較寄存器的值相等時即 WG＿ COUNT=WG＿ COMP時，輸出變?yōu)闊o效。然后計數(shù)器繼續(xù)向上計數(shù)，直至 WG＿ COUNT=WG ＿RELOAD，計數(shù)器計數(shù)達到峰頂時，產(chǎn)生一次 WG中斷，發(fā)生一次相位比 較寄存器修改值的重裝載。隨后計數(shù)器向下計數(shù)，這期間一對互補輸出均 無效，直至 WG＿ COUNT再次等于相位寄存器 WG＿ COMP的值，輸出又變?yōu)? 有效，直至 WG＿ COUNT又一次等于 WG＿ COMP輸出再次變?yōu)闊o效。如此反 復(fù)，在 WGx和 /WGx產(chǎn)生一對互補 PWM輸出波形，如圖 44所示。圖中： Tc=4*WG_RELOAD/Fxta(us) （ 41） 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 ******畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 WG＿ RELOAD WGCOUNT WGCOMP WG Tc /WG1 WG1 WFG DT Tdead /WG1 WG1 圖 44 波形發(fā)生器產(chǎn)生中心對準 PWM 其中 Tc為三角載波周期， Fxtal為單片機的晶振頻率。 為防止一對同時有效的互補 PWM 波作用于逆變器的上下臂產(chǎn) 生直通 問題，保證 WFG的輸出產(chǎn)生不交疊的波形， WFG中設(shè)置了無信號時間發(fā)生 器或稱為死區(qū)時間發(fā)生器，它是當 WG＿ COUNT=WG＿ COMP時，相位比較器 產(chǎn)生一跳變信號，跳變檢測器檢測到此跳變后，啟動一個 10位無信號時 間計數(shù)器，其計數(shù)值由 WG＿ CON專用寄存器的低 10位 D9～ DO裝入，并驅(qū) 使計數(shù)器的輸出 DT為低電平，然后每個狀態(tài)周期計數(shù)減 1，直至到 0。這 時計數(shù)器停止計數(shù)， DT變?yōu)楦唠娖健? DT_valuc=Tdend*Txvat/2 （ 42） 其中 DT_vafvt為死 區(qū)時間計數(shù)器的值，為要求設(shè)置的死區(qū)時間 〔 us)。 值得注意的是死區(qū)時間的設(shè)置不能影響 PWM的正常輸出。因為太大的 死區(qū)時間可能導(dǎo)致 WFG無 PWM輸出。理論上要保證脈沖寬度不小于 3Tdrad 。 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 ******畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 在圖 44中可看出設(shè)置了死區(qū)時間后的 PWM波形輸出。 WFG內(nèi)專門設(shè)置了保護電路，由 WG＿ PROTECT專用寄存器控制，并作 用于 EXTINT腳。 由上述 80C196MC單片機的波形發(fā)生器 WFG產(chǎn)生 PWM波的基本原理可 知，要產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制 SPWM波形，必須按正 弦規(guī)律控制 WFG產(chǎn)生的 PWM 波形的占空比。因此在 WFG產(chǎn)生中斷重裝載相位寄存器的值時必須計算正 弦函數(shù)值或者查正弦函數(shù)表 (預(yù)先計算好制成表格 )以獲得對應(yīng)時刻的正 弦值。本論文中采用了正弦函數(shù)表法。 UPS逆變器主回路設(shè)計 逆變器的主回路即功率電路的結(jié)構(gòu)形式很多。從相數(shù)來說，有單相逆 變器和三相逆變器兩種；從容量來看，有大容量逆變器、中容量逆變器和 小容量逆變器。根據(jù)主回路采用的不同種類的功率器件和采用不同的電路 結(jié)構(gòu)形式，逆變器又可分為晶閘管單相橋式逆變器、晶體管逆變器、三相 橋式逆變器、多重 逆變器；根據(jù)控制方式的不同可分為相控逆變器、 PWM 型逆變器以及最新提出的移相式 SPWM控制逆變器。在實際應(yīng)用中，電路結(jié) 構(gòu)較多采用單相或三相橋式逆變電路。 本 UPS逆變器的設(shè)計中，主回路采用三相橋式逆變電路，控制方式采 用SPWM調(diào)制方式，逆變功率器件選用 IGBT。 PWM型三相橋式 IGBT逆變電路 PWM控制型逆變電路多采用橋式電路。根據(jù)大容量的要求，本次設(shè)計 采用三相橋式逆變電路結(jié)構(gòu)。 根據(jù) UPS輸出波形的需要，可采用多種控制方式。比如輸出波形為方 波時可采用相控方式， SPWM型調(diào)制輸出正弦 PWM波。本設(shè)計中為得到正弦 波采用 SPWM控制。 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 逆變器件種類很多，從最早的晶閘管到功率晶體管，從單極型器件到 29