【正文】 源的輸出。文獻(xiàn) [10]針對 SPWM波調(diào)制在逆變變頻電源中的廣泛應(yīng)用 ， 介紹了采用高性能數(shù)字信號處理器 (DSP)TMS320F2812邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 的片內(nèi)外設(shè)事 件管理器的功能生成三相 SPWM波的方法 ， 給出了整個程序流程圖 ，主要功能程序源碼和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后給出了軟硬件結(jié)合設(shè)計方法，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果波形進(jìn)行諧波分析。文獻(xiàn) [9]重點(diǎn)介紹了基于 PIC單片機(jī)采用面積等效法產(chǎn)生 SPWM控制波形的方法。利用 LabVIEW編程產(chǎn)生載波頻率和調(diào)制波頻率及死區(qū)時間均可調(diào)的三相六通道 SPWM波 ， 并對其諧波進(jìn)行分析。因?yàn)?DSP控制器將實(shí)時處理能力和控制外設(shè)功能集于一身 ， 使計算精度大大提高。整個系統(tǒng)以高速微控制器為核心，可方便地實(shí)現(xiàn)輸出頻率和載波比的在線調(diào)整，采用不同外圍電路，即可實(shí)現(xiàn)多種類型的 PWM電路控制。以三相 SPWM調(diào)制電路為例，詳細(xì)介紹了方案的實(shí)現(xiàn)原理及軟硬件設(shè)計。文獻(xiàn) [6]介紹了 基于 DDS的 SPWM自然采樣法硬件實(shí)現(xiàn)方案，提出了一種正弦脈寬調(diào)制（ Sinusoidal Pulse Width Modulation，簡稱 SPWM）自然采樣法的全數(shù)字硬件實(shí)現(xiàn)方案。在介紹了 AVR單片機(jī) AT90PWM2的基礎(chǔ)上 ， 描述了用 AT90PWM2實(shí)現(xiàn)單極性倍頻 SPWM調(diào)制的方法 ， 制作了實(shí)際的逆變器樣機(jī) ， 并應(yīng)用于 1kW汽油 發(fā)電機(jī)組中 ， 工作性能穩(wěn)定。 SPWM技術(shù)綜述 近幾年人們對 SPWM技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，也提出了很多實(shí)現(xiàn)的方法。 論文 研究的基于單片機(jī)和 SA828 的 SPWM 波形發(fā)生器不僅能很好的解決通過模擬方法，數(shù)字方法以及采用普通集成芯片的方法實(shí)現(xiàn) SPWM 所帶來的缺點(diǎn)，而且它輸出脈沖具有很高的精確性和溫度穩(wěn)定性，頻率范圍很寬，可與微處理器接口 ，能完成外圍控制功能，同時它還有很好的故障處理機(jī)制利用它可以很方便的實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路的設(shè)計。隨著脈寬調(diào)制技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，國際上出現(xiàn)了多種專用的能夠產(chǎn)生 SPWM 波的大規(guī)模集成電路芯片。這種電路元件多、線路復(fù)雜、精度不高，因 此用的較少。 SPWM 波的產(chǎn)生主要有三種方式 ： 模擬電路，數(shù)字電路，大規(guī)模集成電路。由于當(dāng)時的開關(guān)器件速度慢，因而并未得到推廣。 SPWM 脈沖信號的產(chǎn)生是逆變裝置的非常重要的 環(huán) 節(jié) ，許多技術(shù)上的創(chuàng)新都集中在如何調(diào)制精確、工作穩(wěn)定、性能優(yōu)異的 SPWM 脈沖上。 DC/AC 逆變技術(shù) 還可分為低頻環(huán)節(jié)逆變技術(shù)和高頻環(huán)節(jié)逆變技術(shù)，后者取代前者是發(fā)展的必然趨勢。邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 摘要 ．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． ．．．．．．． Ⅰ Abstract．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． ．．．．．． Ⅱ 1 緒論 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 課題 的 背景 及意義 ．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．． ．．．．．．．．． 1 SPWM 技術(shù) 綜述 ． ．．．．． ．． ．． ． ．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．． ． ．．．． ． 2 論文的主要內(nèi)容 及章節(jié)安排 ．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． ．．． ．． ．．．．．．． ． 3 2 電壓型逆變器的工作原理及 SPWM 技術(shù) 原理 ．． ．． ．．．．．．．． ．． ．． ． ．． ．． ．．．． 4 電壓型逆變器的工作原理 ．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．． ． ．． ．．．．． 4 SPWM 技術(shù) 原理 ． ．．．．．．．．．． ．．．．．．．．． ．．．．．．． ．．．．．．．． ．．．．．． ．．．．．．．． ．．．． 7 3 基于單片機(jī)和 SA828 的 SPWM波形發(fā)生器的設(shè)計 ．．．．．．．．．． ．． ． ． ．．． ．．． 13 整體方案設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． ．． ．．． ．．．．． 13 硬件電路設(shè)計 ．．．．．．．．．．．． ． ．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．． ．．．．．．． ． ．． ．．． 13 軟件設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．． ． ．．．．．．．． ．．．． ．． ． 24 實(shí)驗(yàn)平臺 的 搭建 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．． ．．． ．．．． ．．．．．．．． ． ．．．．．．．．．．．．．．． 33 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． ．．．．．． ． ． ．．．．．．．．．． ．． ．．．． 36 結(jié)論 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． ．． ．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．． ．．．． 39 參考文獻(xiàn) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． ．．．．．．．．．．．．．．．．．． 40 附錄 1 硬件 原理 圖 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．． ． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 41 附錄 2 硬件 PCB 圖 ．．．． ．． ．．． ．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．． ． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 42附錄 3 元件清單． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 43 附錄 4 源代碼程序 ．．．．．．．．．．． ． ． ．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 44 附錄 5 大學(xué)期間 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 ．．．．． ．．．．． ．． ． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 49 致謝 ． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 50 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 1 緒論 課題的背景及意義 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展和各行各業(yè)對電氣設(shè)備控制性能要求的提高，逆變技術(shù)在許多領(lǐng)域的應(yīng)用也 越來越廣泛，可應(yīng)用到如下領(lǐng)域 [1]： （ 1） 以直流發(fā)電機(jī)、蓄電池、太陽能電池和燃料電池為主直流電源的場合，如航空靜止變流器 (27V 或 270V DC/115V 400HzAC)、通訊靜止變流器 (48V DC/220V 50HzAC)； （ 2） 以變頻或恒頻交流電為主交流電源且采用交直 交變換方案的場合，如飛機(jī)變速恒頻電源 (變頻交流電 115V/400Hz AC)、新型風(fēng)力發(fā)電電源 (變頻交流電220V/50HzAC)和變頻電源 (220V/50Hz AC， 115V/400Hz AC 或 115V/400Hz AC， 220V /50Hz AC)； （ 3） 不間斷電源 UPS 中的核心環(huán)節(jié)就是電壓型 逆變器； （ 4） 作為校表用產(chǎn)品的電壓、電流標(biāo)準(zhǔn)源 、 電壓功率放大器、電流功率放大器。DC/AC 逆變技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，其在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中處于核心地位。高頻逆變環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)高功率密度、高變換效率逆變器的合理方案等，其核心都是電壓型逆變器。 逆變器的飛速發(fā)展，也促進(jìn)了 SPWM 改善技術(shù)的發(fā)展， 1964 年，由 和 提出的把通信系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)應(yīng)用到逆變技術(shù)中的正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)（ SinusoidaPulse Width Modulation，簡稱 SPWM)。直到 1975 年才由 Bristol 大學(xué)的 等把 SPWM 技術(shù)正式應(yīng)用到逆變器中，使得逆變器的性能得到了大幅提升，并得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展 ，也使得SPWM 技術(shù)達(dá)到了一個新的高度 [24]。模擬電路是用振蕩器產(chǎn)生正弦波和三角波，通過比較器給出信號，來控制逆變電路中橋臂上下開關(guān)元件的導(dǎo)通與關(guān)斷。數(shù)字電路是通過微處理器，借助于編程手段，通過實(shí)時控制或數(shù)據(jù)存儲查表法，輸出需要的 SPWM 波形。如英國邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 Mulard 公司提供的 HEF4752 全數(shù)字化的三相 SPWM 波生成電路 。其外圍電路設(shè)計簡單，軟件編程簡潔明了，可為逆變電源、變頻器等提供精確、數(shù)字化可調(diào)的脈沖。文獻(xiàn) [5]提出了一種基于 AVR單片機(jī)的 SPWM控制技術(shù)，分析了單極性倍頻調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)和采用的理由。最后給出了實(shí)驗(yàn)波形 ， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ， 輸出電壓波形光滑、對稱性好、失真度低。它利用直接數(shù)字合成（ Direct Digital Synthesis，簡稱 DDS）技術(shù)，產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的三角載波和正弦調(diào)制波，經(jīng)高速模擬比較器比較，其輸出狀態(tài)在波形交點(diǎn)時刻自動翻轉(zhuǎn)，從而控制相應(yīng)的開關(guān)器件通斷，完全避免 了實(shí)時計算。實(shí)測結(jié)果表明了該方案的有效性。文獻(xiàn) [7]介紹了一種基于 DSP的 SPWM產(chǎn)生方法，利用數(shù)字信號處理器 TMS320DSPLF2407的事件管理器產(chǎn)生 SPWM波形。文獻(xiàn) [8]本文設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了一種基于 LabVIEW的 SPWM信號發(fā)生器。實(shí)驗(yàn)證明 ，該信號發(fā)生器具有設(shè)計簡單、操作靈活的特點(diǎn)。通過具體試驗(yàn)，由 SPWM來控制 IGBT逆變系統(tǒng)的運(yùn)行。此方法在 UPS的設(shè)計中有較強(qiáng)的實(shí)用價值。該方法采用不對稱規(guī)則采樣算法 ， 程序?qū)崿F(xiàn)主要采用查表法。文獻(xiàn) [11]詳細(xì)介紹了通過 80C51單片機(jī)的可編程計數(shù)器陳列 PCA來實(shí)現(xiàn)輸出頻率可變的正弦脈寬調(diào)制 （ SPWM） 控制波形的原理方法，并對 SPWM脈沖序列中的最小脈沖處理問題進(jìn)行了分析。 可見 ， SPWM技術(shù)是電力電子 領(lǐng)域一個非常活躍的 研究課 題。 （ 2） SA828 的結(jié)構(gòu)和工作原理并設(shè)計出它的工作電源和外圍電路。 （ 4） 設(shè)計出系統(tǒng)的軟件流程圖并用 C 語言完成源代碼程序的編寫。 具體章節(jié)安 排如下 ： 第一章為緒論，闡述了選題的背景及意義，主要包括電壓型逆變器的和運(yùn)用領(lǐng)域和 SPWM 技術(shù)的發(fā)展，并對全文的工作及章節(jié)安排作了具體說明。 第三章為本文的重點(diǎn)，主要介紹了基于單片機(jī)和 SA828 的 SPWM 波形發(fā)生器的軟 件和硬件設(shè)計的詳細(xì)過程；其中 節(jié)介紹硬件的 整體方案設(shè)計， 節(jié)介紹 硬件電路設(shè)計 方法 ， 節(jié)介紹 軟件設(shè)計 方法 ， 節(jié)搭建 實(shí)驗(yàn)平臺， 節(jié)進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析， 證明了 本設(shè)計 的優(yōu)越 性，達(dá)到了設(shè)計目 。 電壓型逆變器的工作原理 逆變器的發(fā)展 逆變器的原理早在 1931 年就在文獻(xiàn)中提到過 [12]。1947 年，第一只晶體誕生，固態(tài)電力電子學(xué)隨之誕生。逆變電源出現(xiàn)于電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的 20 世紀(jì) 60 年代，在這個時代逆變器繼整流器之后開始發(fā)展。首先出現(xiàn)的是 SCR 電壓型逆變器 ： 1961 年， urrav與 edford 提出了改進(jìn)型 SCR 強(qiáng)迫換向逆變器， 為 SCR 逆變器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨后，就產(chǎn)生了一大批可控器件，如電力晶體管 (GTR)，可關(guān)斷晶 閘管 (GTO)等。1960 年以后，人們注意到逆變器波形的重要性，并開始展開研究。 1963 年， 提出了“消除特定諧波法”，為后來的優(yōu)化 PWM 法奠定了基礎(chǔ)。 80 年代以來，電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了各種如金屬氧化物場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT，IGCT)、靜電感應(yīng)晶體管 (SIT)、靜電感應(yīng)晶閘管 (SITH )、場控晶閘管 (MCT )等一系列高頻全控器件，使得電力電子技術(shù)進(jìn)入了高頻化時代。 1964 年， 和 H. Sternmler 提出了把通信系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)應(yīng)用到逆變技術(shù)中的正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)（ SinusoidaPulse Width Modulation，簡稱邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 SPWM)。 直到 1975 年才由 Bristol大學(xué)的 等把 SPWM 技術(shù)正式應(yīng)用到逆變器中，使得逆變器的性能得到了大幅提升，并得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。空間矢量調(diào)制技術(shù) (Space Vector Modulation，簡稱 SVM)，源于三相交流調(diào)速控制中磁通為圓的思想，利用電壓矢量軌跡跟蹤磁鏈軌跡以控制電機(jī)，后來 SVM 也應(yīng)用到逆變器的控制上， SVM 相比于一般的 SPWM 來說，直流電壓利用率可以提高15%，且具有較小的諧波脈動，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，在目前三相逆變器中的應(yīng)用日益廣泛 [12]。第二階段為 1980 年以后的高頻化階段，此階段的特點(diǎn)是逆變器的開關(guān)頻率較高，波形改善主要以脈寬調(diào)制技術(shù) (PWM)為主，逆變器體積減小，效率提高，正弦波逆變器 技術(shù)發(fā)展日趨完善和成熟。在已有的各種電源中，蓄電池、干電池、太陽能電池等都是直流電源，當(dāng)需要這些電源像交流負(fù)載供電時，就需要逆變電路。 下面以圖