【正文】 這64個點之間的時間間隔也轉(zhuǎn)換成計時步階儲存到 CCPR1H和 CCPR1L寄存器中，程序運行過程中， 計數(shù)器 TIMER1不斷和這個寄存器的值相比較，達到設(shè)定值時 CCP1產(chǎn)生中斷，TIMER1重新計時。本系統(tǒng)中， SPWM周期為 20KHZ,設(shè)置每六個周期改變一次脈寬 。對于 PWM信號來說，周期和脈寬是兩個必不可少的參數(shù)， PIC16F73單片機將 PWM周期儲存在 PR2寄存器中，而將 PWM信號高電平時間值即脈寬值儲存在 CCPR1L或 CCPR2L寄存器中。中斷程序完成查找正弦表值和 A/D取樣值后，再進行 PI 調(diào)節(jié)，即可得出修正值，并將該修正值寫入 *RxL 寄存器中 。實驗時，可采用載波頻率 fc=25 kHz，交流頻率 fs=50Hz，載波比 N=fdfs 來確定正弦波離散點的個數(shù)，即一個周期內(nèi)的脈沖個數(shù) (設(shè) N=500)。 圖 72過流保護電路圖 本章小結(jié) 本章根據(jù)電路設(shè)計的要求，設(shè)計了反饋采樣 /保護電路。電流取樣值經(jīng) 接口電路直接輸入到單片機的 A/D口，然后由程序?qū)⒉蓸?值 與過載電流 限制設(shè)定值比較。短 路與過裁是兩種 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，因為短路電流在很短的時間內(nèi)就會升 到很高的幅值 ，可在瞬間損壞電 路元件。 所以，還必須在管子兩端并聯(lián)壓敏電阻。 整個裝置中， 功率 開關(guān)管是 最容易損壞的元件，電路中出現(xiàn)的過電壓、過電流均會致其損壞。 保護 電路設(shè)計 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，電壓測量范圍 O～ 3． 3V。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 30 頁 共 54 頁 設(shè)計短路保護電路要求 設(shè)計短路保護電路的幾點要求： l、在器件失效之前完成 NMOS的關(guān)斷，對于 NMOS所經(jīng)歷的所有工作狀況，它應(yīng)是成立的。輸出 220交流電源經(jīng)過變壓器降壓再 經(jīng)過 LC濾波輸出，采用電壓瞬時值反饋，對輸出電壓進行采樣隔離，反饋信號送給 單片機 變換保存，得到脈寬控制量，通過 SPWM生成環(huán)節(jié)產(chǎn)生各功率管的開關(guān)信號，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。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 29 頁 共 54 頁 7 采樣 反饋 ／ 保護 電路設(shè)計 采樣 反饋 電路設(shè)計 評價開關(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。并考慮一定的裕量 。如圖 64所示為逆變環(huán)節(jié)主電路圖。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)。本設(shè)計采用半橋逆變電路結(jié)構(gòu)。在直流側(cè)接有兩個相互串聯(lián)的足夠大的電容，使得兩個電容的聯(lián)接點 A為直流電源的中點，當(dāng) T T2都截止時，電容連接點電壓為直流輸入電壓的一半。 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)動脈沖送至開關(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。 IR2110的 SD由單片機輸出控制， 單片機根據(jù)采樣反饋的情況判斷芯片的導(dǎo)通與關(guān)斷。由三個部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護。具有獨立的低端和高端 輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達 500V， dv/dt=177。 美國 IR公司生產(chǎn)的 IR2110驅(qū)動器。而且 信號的最小寬度又受磁化電流所限。快速光耦的速度也僅幾十 kHz。 在功率變換裝置中 ，根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu)，其功率開關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動和隔離驅(qū)動兩種方式。功率元件的驅(qū)動電路必須具備兩個功能： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 23 頁 共 54 頁 一是實現(xiàn)控制電路與被驅(qū)動的 IGBT柵極或者 MOSFET柵極間的電隔離；二是提供合適的柵極驅(qū)動脈沖電流。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)。 本章小結(jié) 本章首先確定了前級直流升壓主電路的拓撲結(jié)構(gòu)為 全橋 升壓方式； 然后 對 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 簡單 介紹了 全橋 升壓電路中的變壓器、功率開關(guān)管、整流器件、輸出濾波電感電容的參數(shù)選擇。當(dāng) Ql加上驅(qū)動信號時 Q1導(dǎo)通 Q2截止， 變壓器輸出端電壓上負下正；當(dāng) Q2加上驅(qū)動信號， Q2導(dǎo)通， Q1截止，變壓器輸出端電壓上正下負。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 20 頁 共 54 頁 圖 41DC/DC隔離變換拓撲圖 升壓電路 選擇 根據(jù)本設(shè)計要求，選用全橋式升壓電路。適合大功率場合。 (3)半橋式。 (2)推挽式。但是，這種拓撲存在許多不足之處。升壓環(huán)節(jié)實際上是 DC/DC開關(guān)電源， DC/DC變換器的拓撲很多，但采用的 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。后級采用單相全橋逆變電路，采用 SPWM控制，再通過濾波電路得到 220V/50H交流輸出。為下文的單片機 SPWM編程提供原理性基礎(chǔ)。繼而正弦函數(shù)值逐漸遞增的負載電流抵達峰值時，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)。 ωt(x )i(y)o圖 210脈沖邊緣 表 22 N與半周期脈沖數(shù)的關(guān)系 N NL 6 10 14 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)的交點分布情況 N=12 相位角 瞬時值 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，兩者的共性是周期脈沖數(shù)相同；兩者的差別即交點的布局或相位角與瞬時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。 由于 N數(shù)列中依次相鄰而又相互錯位間隔的低位（ NL）與高位（ NH）數(shù)列存在明顯的個性差異，從而形成了 6+4+4+?和 8+4+4+? 兩個系列的偶數(shù)數(shù)列。又由于脈沖邊沿的對偶性， N也不能為分數(shù)。 表 21 1/4周期內(nèi)的交點分布情況 N=10 相位角 瞬時值 第一脈沖 前沿 ? 后沿 ? 第二脈沖 前沿 ? 后沿 ? 第三脈沖 前沿 ? 調(diào)制運算得兩組（ np ）交點數(shù)據(jù)，因此，實際應(yīng)用的基本方式也僅有兩種。 就以上調(diào)制形式中求解的結(jié)果，交點（ x np ）的值即相位角是時間的函數(shù)；交點（ y np ） 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 15 頁 共 54 頁 的值即對應(yīng)時間的瞬時值或臨界點，以此取得的按正弦函數(shù)值定位的不等寬序列脈沖的對偶邊沿就是期望的控制信號角。又由于三角波的直線線段相交后交叉點的最大幅值與正弦曲線等幅，故所有直線交叉點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的相位角分布均勻。 核對其 ? ／ 2處的最大瞬時值仍然為 1（負半周為－ 1），顯然，正半 周期內(nèi)幅值區(qū)間的上下限分別為（ 1， 0）；正半周相位區(qū)間內(nèi)的上下限分別為（ ? ， 0）。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 13 頁 共 54 頁 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載波進行調(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。 可見，簡單的方波在功率應(yīng)用場合下顯示出了不盡如人意的一面。顯然開關(guān)器件輸出的是方波（矩形波）交流電流。 0 t1 t2 t3 u ur ut t4 t6 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 11 頁 共 54 頁 圖 26 規(guī)則采樣法 等面積法 該 方案實際上就是 SPWM法原理的直接闡釋，用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波，然后計算各脈沖的寬度和間隔，并把這些數(shù)據(jù)存于微機中，通過查表的方式生成 SPWM信號控制開關(guān)器件的通斷，以達到預(yù)期的目的。當(dāng)三角波只在其頂點 (或底點 )位置對正弦波進行采樣時，由階梯波與三角波的交點所確定的脈寬，在一個載波周期 (即采樣周期 )內(nèi)的位置是對稱的，這種方法稱為對稱規(guī)則采樣。 自然采樣法 該方法與采用模擬電路硬件 然后 確定 SPWM脈沖寬度的方法類似，只是這里是采用計算的方法尋找三角載波與正弦參考波的交點時刻，從而確定 SPWM脈沖寬度。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 9 頁 共 54 頁 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 只元件均處于開關(guān)狀態(tài)，但它們之間的關(guān)系是互補的，即通斷狀態(tài)彼此是相反交替的。改變控制信號 U c 的幅值時，調(diào)制波的脈寬將隨之改變，從而改變了輸出電壓的大小。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 SPWM 波形 。根據(jù)沖量相等效果相同的原理， SPWM 波形和正弦半波是等效的。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 （論文） 報告用紙 第 8 頁 共 54 頁 波看成由 N個彼此相連的脈沖所組成的波形。這里所說的效果基本相同。加上使用自關(guān)斷器件，開關(guān)頻率大幅度提高，輸出波形可以非常接近正弦波。而輸出頻率的變化可通過改 變此脈沖的調(diào)制周期來實現(xiàn)。尤其是最近幾年， 微處理器應(yīng)用于 SPWM技術(shù)和實現(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)。用改變調(diào)制信號頻率實現(xiàn)輸出電壓基波頻率的調(diào)節(jié)：用改 變調(diào)制信號幅值實現(xiàn)輸出電壓基波幅值的調(diào)節(jié)。 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。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D 21d的單位脈沖函數(shù) f(t)時，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過度函數(shù)。這里所說的效果基本提同，是指環(huán)節(jié)輸出效應(yīng)波形基本相同。 本課題的任務(wù) 本 課題設(shè)計 主要論述了基于單片機控制逆變穩(wěn)壓電源的基本原理、結(jié)構(gòu)和設(shè)計過程 ,并且 在搭接實驗電路之前 ,利用仿真工具軟件對所設(shè)計的電路進行仿真 ,驗證電路的可行性 ,最后在此基礎(chǔ)上完成樣機的調(diào)試工作。 總之，逆變電源雖然發(fā)展歷史不長，但是發(fā)展速度 迅速，它是一種更新?lián)Q代的革命性電源。到了 20世紀(jì) 80年代，功率場效應(yīng)管 (MOSFET)、絕緣柵極晶體管 (IGBT)、 MOS控制晶閘管 (MCT)以及靜電感應(yīng)功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，因此電力電子器件的發(fā)展為逆變技術(shù)高頻化、大容量化創(chuàng)造了條件?？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。 (5)諧波治理 :市電電網(wǎng)中的諧波，主要是由各種電力電子裝置、變壓器、熒光燈等產(chǎn)生的。 (3)電動汽車 :隨著汽車數(shù)量的不斷增 加，排放氣體對環(huán)境造成的污染越來越嚴重，已經(jīng)成為空氣污染的主要來源。 (2)UPS電源系統(tǒng) :在許多領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用的計算機、通信設(shè)備、檢測設(shè)備等都需要采用 UPS電源。 逆變技術(shù)在新能源的開發(fā)與利用領(lǐng)域有著至關(guān)重要的地位。第一章介紹了逆 變電源的發(fā)展及應(yīng)用；第二章介紹了逆變的工作原理；第三章到第六章介紹了本設(shè)計的硬件電路選擇和軟件設(shè)計；第七章是保護電路和反饋電路的介紹；第八章是調(diào)試樣機的結(jié)果介紹及對所做的工作的一些展望；最后是總結(jié)。這將造成用電設(shè)備工作失常，特別是計算機的數(shù)據(jù)丟失或者硬件的損壞。用電設(shè)備對市電電網(wǎng)造成嚴重的污染，反過來，被污 染的市電電網(wǎng)也會使用電設(shè)備工作不正常，用電設(shè)備之間通過市電電網(wǎng)相互干擾。目前，國內(nèi)外都在大力開發(fā)新能源，如太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電等。