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-在線瀏覽
2025-08-06 12:52本頁面
【正文】 V1和 V4導(dǎo)通信號，給 V2和 V3關(guān)斷信號。如 io0，V 2和 V3通，如io0， VD2和 VD3通，u o=Ud 。因此系統(tǒng)主要應(yīng)包括兩部分：逆變電路和驅(qū)動電路。由于交直交變頻器主要用于交流電機的調(diào)速，即負(fù)載為阻感負(fù)載，系統(tǒng)運行時需要消耗無功功率，而采用全橋逆變電路可以實現(xiàn)能量的雙向流動，由交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量，故逆變電路采用單相全橋逆變電路。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。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。此后可根據(jù)負(fù)載的需求，用按鍵以 10Hz或 1Hz的步進(jìn)值改變正弦信號的頻率，用按鍵以 步進(jìn)值（調(diào)制度范圍為 ~）調(diào)整調(diào)制度。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。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。此外為了保證安全，在交流電的輸入端接一 5A 的保險絲。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。IG1 和 IG2的通斷狀態(tài)互補，IG3 和 IG4 的通斷狀態(tài)也互補。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。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(jìn)行硬件封鎖和軟件封鎖。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(dāng)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)。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。 死區(qū)電路設(shè)計為了防止上下管同時導(dǎo)通，必需設(shè)計死區(qū)電路來進(jìn)行保護，死區(qū)電路如圖 12所示；單片機輸出的 SPWM信號，由 CD4001或非門和 RC延時環(huán)節(jié)構(gòu)成死區(qū)時間為高電平有效的帶死區(qū)信號。為了使上下管有足夠的保護時間，信號脈沖的前后邊沿死區(qū)時間要求必需大于 10uS，一般取為 ，根據(jù) RC延時時間計算公式 ,則uS30~1 RCT4?取得 ， 。故應(yīng)設(shè)計一個由數(shù)字邏輯電路和手動開關(guān)相結(jié)合的保護電路。自鎖開關(guān) M為手動封鎖VB2VS2VB1VS1+15VR010R010C210UF/25VC1 104C4 104C310UF/25VD218V/1WD1UF4007VB1VS1D418V/1WD3UF4007VB2VS2+15 圖 11 自舉電路 Rp12KRp22KRW210KRW110K P1P2RC212 3UA400156 4UB400189 10UC4001Cp1221Cp2221圖 12 死區(qū)電路SPWM控制信號開關(guān)，當(dāng)自鎖開關(guān)未按下時，控制信號輸出端QGQG2 輸出為高電平，即無效信號，使主電路不工作。 INTRC6O3C1 M 2Rb11K+5P1 QG1Rb21K128 9UA4023345 6UB4023111213 10UC4023C10uFC10uF+5主主主主主主主主INTRC6O3C1 M 2Rb11K+5P2 QG2Rb21K128 9UA4023345 6UB4023111213 10UC4023+5主主主主主主主主圖 13 硬軟件保護電路圖 14 主程序流程圖本系統(tǒng)主要分為兩部分：即為主程序和中斷。中斷的組要任務(wù)是查 PWM 信號的脈寬值送入 CCPR1L。程序?qū)?10Hz~100Hz 頻率分為10Hz~24Hz、 25Hz~39Hz、40Hz~59Hz、60Hz~100Hz 四個部分進(jìn)行分別計算，即模塊0~模塊 3。本系統(tǒng)中設(shè)置 SPWM的頻率為 5kHz左右，并外接 4MHz晶振，計算得指令周期即計時步階為 1μs。中斷程序流程如圖 15所示。選擇 CCP模塊作用于 PWM功能模式，即 bit3：0=11ⅹⅹ； 4) 根據(jù) PWM輸出信號脈寬的公式PWM高電平（脈寬）=CCPR1L:CCP1CON(bit5,bit4)Tosc(TMR2)預(yù)分頻值計算出每個 PWM周期 CCPR1L的值。 SPWM信號調(diào)試單片機輸出的 SPWM信號經(jīng)過普通的 RC濾波后的到正弦波，如圖 16：其中 R取為 10KΩ 的普通電阻、C 取為 104瓷片電容。圖 17 負(fù)載輸出波形由測試結(jié)果可知，負(fù)載輸出波形基本為正弦波
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