【正文】 是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。即當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一個(gè)環(huán)節(jié)上時(shí)，第10頁(yè)（共35頁(yè)）其輸出響應(yīng)基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。 SPWM調(diào)制基本原理 SPWM法就是用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等,通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。本設(shè)計(jì)的逆變電源是基于51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制SPWM波。SPWM控制技術(shù)是一種比較成熟的、目前使用較廣泛的PWM控制技術(shù)，它有如下主要優(yōu)點(diǎn)。在電壓的利用率方面考慮，采用全橋逆變較好，故主電路采用電壓型單相全橋逆變電路。T1(T)4與T2(T3)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，即T1和T4有驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，T2和T3無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，反之亦然，兩對(duì)橋臂各交替導(dǎo)通180176。降至零， T1導(dǎo)通，u0=Ud /2 ；優(yōu)點(diǎn)： 簡(jiǎn)單，使用器件少；缺點(diǎn)：1）交流電壓幅值僅為Ud/2；2）直流側(cè)需分壓電容器；3）為了使負(fù)載電壓接近正弦波通常在輸出端要接LC濾波器，輸出濾波器LC濾除逆變器輸出電壓中的高次諧波。在t4時(shí)刻關(guān)斷T2，同時(shí)給T1發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)，由于感性負(fù)載中的電流i。降至零，D2截止，T2導(dǎo)通，i。不能立即改變方向，于是D2導(dǎo)通續(xù)流，u0=－Ud /2 。t2時(shí)刻關(guān)斷的T1，同時(shí)給T2發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)。 圖 單相半橋電路及波形 當(dāng) n=1時(shí)其基波分量的有效值為: 電壓型半橋逆變電路工作原理在一個(gè)周期內(nèi)，電力晶體管T1和T2的基極信號(hào)各有半周正偏，半周反偏，且互補(bǔ)。T1和T2之間存在死區(qū)時(shí)間，以避免上、下直通，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)兩晶閘管均無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容C1和C2，且滿足C1=C2。uo含有各次諧波，如果想得到正弦波電壓，則可通過濾波器濾波獲得。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我希望獲得正弦交流電壓輸出，在我們電力電子的學(xué)習(xí)中，我們著重學(xué)習(xí)的是電壓型單相逆變電路，我對(duì)這方面也比較熟悉，故選擇電壓型單相逆變電路。后者開關(guān)器件電流為非正弦波，因其開關(guān)損耗較大，故工作頻率較正弦逆變電路低。④按電流波形分，可分為正弦逆變電路和非正弦逆變電路。這種電路僅適用于容性負(fù)載。半控型逆變電路必須利用換流電壓以關(guān)斷退出導(dǎo)通的器件。②按直流電源性質(zhì)可分為由電壓型直流電源供電的電壓型逆變電路和由電流型直流電源供電的電流型逆變電路。圖 典型的逆變電源主電路 逆變電路的選擇與方案論證：①按輸出電能的去向分，可分為有源逆變電路和無(wú)源逆變電路。) A。) V。（4）當(dāng)RS=RL=30Ω時(shí)，輸出電壓uo的失真度THD≤5%。（2）具有頻率跟蹤功能：當(dāng)fREF在給定范圍內(nèi)變化時(shí)，使uF的頻率fF=fREF，相對(duì)偏差絕對(duì)值不大于1%。 指導(dǎo)思想及技術(shù)要求逆變電源主電路選用單相全橋逆變電路，采用51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)SPWM數(shù)字化調(diào)制控制，該電源調(diào)節(jié)靈活，性能穩(wěn)定可靠，效果很好。工程技術(shù)人員對(duì)線性系統(tǒng)的校正與綜合比較熟悉，對(duì)這樣的系統(tǒng)第5頁(yè)（共35頁(yè)）控制有些力不從心。(3) 變頻電源電力電子變換裝置是一個(gè)離散的、耦合的、非線性的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。在閉環(huán)控制下，給定信號(hào)與反饋信號(hào)的時(shí)間差就體現(xiàn)為明顯的相位差，這種相位差與負(fù)載是相關(guān)的，這就給控制器的設(shè)計(jì)帶來了困難。從而為今后的綠色電源產(chǎn)品和設(shè)備的發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)保證，這也將是現(xiàn)代電源發(fā)展的必然結(jié)果。提高功率因數(shù)的傳統(tǒng)方法是采用無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)，目前較先進(jìn)的方法是:單相輸入的采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)，三相輸入的采用SPWM高頻整流提高功率因數(shù)。為了使電源系統(tǒng)綠色化，電源應(yīng)加裝高效濾波器，還應(yīng)在電網(wǎng)輸入端采用功率因數(shù)校正技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)。 (4) 數(shù)字化現(xiàn)在數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟，顯示出越來越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、提高系統(tǒng)抗干擾能力、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測(cè)遙調(diào)、也便于自診斷，容錯(cuò)等技術(shù)的植入，同時(shí)也為電源的并聯(lián)技術(shù)發(fā)展提供了方便。為了提高系統(tǒng)的可靠性，就必須實(shí)現(xiàn)模塊化，模塊化意味著用戶可以方便地將小容量的模塊化電源任意組合，構(gòu)成一個(gè)較大容量的變頻電源。(3) 模塊化 ，完全可以滿足大功率要求的場(chǎng)合。近年來，現(xiàn)代變頻電源技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)出以下幾種趨勢(shì)：(1) 高頻化 提高變頻電源的開關(guān)頻率，可以有效地減小裝置的體積和重量，為了進(jìn)一步減小裝置的體積和重量，去掉笨重的工頻隔離變壓器，采用高頻隔離，并可消除變壓器和電感的音頻噪聲，同時(shí)改善了輸出電壓的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。其中以第五種控制方法因?qū)崿F(xiàn)方便，逆變電源動(dòng)態(tài)性能優(yōu)越和對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。實(shí)時(shí)反饋控制技術(shù)是針對(duì)第二代逆變電源對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性不強(qiáng)及動(dòng)態(tài)特性不好的缺點(diǎn)提出來的，它是近十年來發(fā)展起來的新型電源控制技術(shù)，目前仍在不斷地完善和發(fā)展之中，實(shí)時(shí)反饋控制技術(shù)的采用使逆變電源的性能有了質(zhì)的飛躍。要求。負(fù)載突變時(shí)輸出電壓調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)。第二代逆變電源所采用的控制方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但由于它所采用的S P W M 控制技術(shù)只注重如何通過恰當(dāng)設(shè)計(jì)開關(guān)模式來實(shí)現(xiàn)逆變器輸出頻譜的優(yōu)化，沒有考慮信號(hào)傳輸過程中開關(guān)點(diǎn)的變化及負(fù)載的影響，所以存在以下缺點(diǎn)：①對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性不強(qiáng)。IGBT逆變電源已成為中小型逆變電源的主流。由于自關(guān)斷器件的使用，使得開關(guān)頻率得以提高，從而使逆變橋輸出電壓中低次諧波含量大大降低，因而使輸出濾波器的尺寸得以減小，逆變電源的動(dòng)態(tài)特性及對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性也得以提高。自關(guān)斷器件在逆變器中的應(yīng)用大大提高了逆變電源的性能，逆變器采用自關(guān)斷器件的好處是：①簡(jiǎn)化了主電路。第二代逆變電源是采用自關(guān)斷器件作為逆變器的開關(guān)器件。第一代逆變電源是采用晶閘管(SCR)作為逆變器的開關(guān)器件，稱為可控硅逆變電源。 現(xiàn)階段發(fā)展?fàn)顩r逆變電源的發(fā)展是和電力電子器件的發(fā)展聯(lián)系在一起的，器件的發(fā)展帶動(dòng)著逆變電源的發(fā)展。由于傳統(tǒng)的變頻電源采用模擬控制技術(shù)，難以實(shí)現(xiàn)上述要求。因而高性能的變頻電源必須第2頁(yè)（共35頁(yè)）滿足:(l)高的輸入功率因數(shù)，低的輸出阻抗；(2)快速的暫態(tài)響應(yīng)，穩(wěn)態(tài)精度高。現(xiàn)代逆變技術(shù)是研究現(xiàn)代逆變電路的理論和應(yīng)用設(shè)計(jì)方法的學(xué)科，這門學(xué)科綜合了現(xiàn)代電力電子開關(guān)器件技術(shù)、現(xiàn)代功率變換技術(shù)、模擬和數(shù)字電子技術(shù)、PWM技術(shù)、開關(guān)電源技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)等多種實(shí)用設(shè)計(jì)技術(shù)，已被廣泛的用于工業(yè)和民用領(lǐng)域中的各種功率變換系統(tǒng)和裝置中。隨著各行各業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展和對(duì)操作性能要求的提高，許多行業(yè)的用電設(shè)備都不是直接用交流電網(wǎng)提供的交流電作為電能源，而是通過各種形式對(duì)其進(jìn)行變換，從而得到各自所需的電能形式。尤其其中的逆變技術(shù)，它的作用是從市電電網(wǎng)上得到已遭污染的定壓定頻交流“粗電能”，或從蓄電池、太陽(yáng)能電池、燃料電池等得到的電能質(zhì)量比較差的直流原始電能，變換成電能質(zhì)量較高、較能滿足用戶負(fù)載對(duì)電壓和頻率要求的交流電能。能源的開發(fā)、資源的利用與環(huán)境保護(hù)相互協(xié)調(diào)的發(fā)展，是21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。逆變電源技術(shù)是一門綜合性的專業(yè)技術(shù)，逆變電源作為一種產(chǎn)生交流電的裝置，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：①變頻，逆變電源能將市電轉(zhuǎn)換為用戶所需頻率的交流電；②變相，逆變電源能將單相交流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，也能將三相交流電轉(zhuǎn)換為單相交流電；③逆變電源能將直流電轉(zhuǎn)換為交流電；④逆變電源能將低質(zhì)量的市電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電。逆變電源廣泛應(yīng)用于航空、航海、電力、鐵路交通、郵電通信等諸多領(lǐng)域。第1頁(yè)（共34頁(yè)）基于51單片機(jī)的逆變電源設(shè)計(jì)2 選題背景 目的和意義逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)進(jìn)行電能變換的裝置，它從交流或直流輸入獲得穩(wěn)壓恒頻的交流輸出。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，以SPWM控制方式設(shè)計(jì)的逆變電源越來越受到青睞。好的逆變電源電壓輸出波形主要包括穩(wěn)態(tài)精度高, 動(dòng)態(tài)性能好等方面。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展, 逆變電源廣泛應(yīng)用到各行各業(yè),進(jìn)而對(duì)其性能提出了更高的要求。 The inverter part adopts singlechip microputer digital SPWM control mode, to reduce the harmonic as possible. Because of the use of digital technology based on single chip, makes power adjustment flexible and reliable performance, for the equipment of high performance requirements provides a high quality ac power.【 Keywords】 inverter power SPWM singlechip基于51單片機(jī)的逆變電源設(shè)計(jì)1 前言逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)進(jìn)行電能變換的裝置。由于采用了基于單片機(jī)的數(shù)字化技術(shù),使得電源調(diào)節(jié)靈活、性能可靠,為性能要求高的儀器設(shè)備提供了一種高品質(zhì)的交流電源。它采用MOSFET 作為功率器件，IR2110 作為MOSFET 的驅(qū)動(dòng)芯片，并采用恒 U/F 的控制策略。本論文敘述的就是一種基于51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的SPWM逆變電源。與此同時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)逆變電源的輸出電壓波形特性也隨之提出了越來越高的要求， 因?yàn)殡娫吹妮敵霾ㄐ钨|(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全和可靠性指標(biāo)。評(píng)語(yǔ)：評(píng)閱教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_______分答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目答辯時(shí)間 年 月 日 ～ 時(shí)答辯地點(diǎn)一、答辯小組組成答辯小組組長(zhǎng)：成 員：二、答辯記錄摘要答辯小組提問（分條摘要列舉）學(xué)生回答情況評(píng)判三、答辯小組對(duì)學(xué)生答辯成績(jī)的評(píng)定（百分制）：_______分 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))最終成績(jī)?cè)u(píng)定(依據(jù)指導(dǎo)教師評(píng)分、評(píng)閱教師評(píng)分、答辯小組評(píng)分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評(píng)分的相關(guān)規(guī)定)等級(jí)(五級(jí)制)：_______答辯小組組長(zhǎng)(簽名) ： 秘書(簽名)： 年 月 日院(系)答辯委員會(huì)主任(簽名)： 院(系)(蓋章)V基于51單片機(jī)的逆變電源設(shè)計(jì)學(xué) 生：陳慧 電子信息學(xué)院指導(dǎo)老師：葉剛 電子信息學(xué)院【摘要】逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)進(jìn)行電能變換的裝置，它從交流或直流輸入獲得穩(wěn)壓恒頻的交流輸出。評(píng)審意見： 指導(dǎo)教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_______分長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目評(píng)閱教師職 稱評(píng)閱日期評(píng)閱參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。八、指導(dǎo)教師審查意見長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)教師審查意見學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目指導(dǎo)教師職 稱評(píng)審日期評(píng)審參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。2011年06月01日—06月10日：通過指導(dǎo)老師評(píng)定，畢業(yè)設(shè)計(jì)論文定稿畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求裝訂完畢。2011年03月12日—05月20日：在現(xiàn)有的基礎(chǔ)條件下，定期和指導(dǎo)老師聯(lián)系，進(jìn)行課題設(shè)計(jì)論文的寫作，完成初稿，并交給指導(dǎo)老師評(píng)定。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)：Proteus仿真軟件等。 圖 2 SPWM波形最后是單片機(jī)的型號(hào)選擇和proteus仿真，控制電路的設(shè)置對(duì)這方面很重要，反復(fù)嘗試，反復(fù)調(diào)試以達(dá)到要求。五、主要研究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路主要研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)逆變主電路，控制電路，采用51單片機(jī)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)及仿真，我選用單相SPWM正弦波逆變電源下圖是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：輸出單片機(jī)產(chǎn)生SPWMIR2110驅(qū)動(dòng)電路逆變電路整流電路輸入圖