【正文】 律，學生掌握基礎和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設計)是否完成規(guī)定任務，達到了學士學位論文的水平，是否同意參加答辯。學生掌握基礎和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設計)是否完成規(guī)定任務，達到了學士學位論文的水平，是否同意參加答辯。隨著電力電子技術的發(fā)展，逆變電源的應用越來越廣泛，它橫跨電力、電子、微處理器及自動控制等多學科領域，是目前電力電子產(chǎn)業(yè)和科研的熱點之一。隨著數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，以SPWM控制方式設計的逆變電源越來越受到青睞。該電源以18 V直流電壓為輸入，通過升壓環(huán)節(jié)與SPWM逆變環(huán)節(jié)，得到了設定頻率與電壓的優(yōu)質(zhì)正弦交流電。逆變部分采用單片機數(shù)字化SPWM控制方式，以盡可能地減少諧波?！娟P鍵字】 逆變電源 SPWM 單片機 3The design of the inverter power based on 51 singlechip microputerStudent: Chen Hui Electronics ＆ Information CollegeTeacher: Ye Gang Electronics ＆ Information College【Abstract】Inverter is a kind of using power electronic technology for electric power transformation device,it from ac or dc Input voltage of exchange obtained constant frequency output. With the development of the power electronic technology, the application of inverter power supply is more and more extensive,it across the electric power, electron, microprocessor and automatic control multidisciplinary field, is one of the hotspots of the power electronics industry and scientific research. Meanwhile application system subsequently put the output voltage waveform characteristics of inverter power supply forward more and more high demand, because the power output waveform quality directly relates to the whole system safety and reliability index.Along with the digital signal processing technology development, the control mode design with SPWM inverter power supply more and more be article describes a SPWM inverter power supply based on the 51 series microcontroller. The power input is 18 V dc voltage, through pressurization link and SPWM inverter link, got sinusoidal alternating current of the proset frequency and setting quality voltage. It uses MOSFET as power devices, IR2110 as drive chip, and the MOSFET using constant U/F control strategy。隨著電力電子技術的發(fā)展，逆變電源的應用越來越廣泛，但應用系統(tǒng)對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，因為電源的輸出波形質(zhì)量直接關系到整個系統(tǒng)的安全和可靠性指標。傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制或數(shù)字相結合的控制系統(tǒng)。目前逆變器結構和控制, 能得到良好的正弦輸出電壓波形, 但對突變較快的波形, 效果不是很理想。本文介紹的SPWM逆變電源就是采用51單片機來實現(xiàn)SPWM控制和正弦波方式輸出，而且電路簡單，性能安全可靠，靈活性強，同時可以降低諧波，提高效率。隨著電力電子技術的發(fā)展， 逆變電源的應用越來越廣泛，它橫跨電力、電子、微處理器及自動控制等多學科領域，是目前電力電子產(chǎn)業(yè)和科研的熱點之一。相應的應用系統(tǒng)對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， 因為電源的輸出波形質(zhì)量直接關系到整個系統(tǒng)的安全和可靠性指標。21世紀是能源與環(huán)保的世紀。在這個世紀里，節(jié)省能源與開發(fā)新能源，提高燃料的利用率與減少燃料產(chǎn)生的污染已成為必須要解決的重要課題。鑒于逆變電源優(yōu)點很多，逆變電源將逐漸取代旋轉型變流機組。逆變就是對電能進行變換和控制的一種基本形式，它完成將直流電變換成交流電的功能。早期的變頻電源，只需要其輸出電壓、頻率可調(diào)即可，然而，今天的變頻電源除這些要求外，還必須環(huán)保無污染，即綠色環(huán)保變頻電源。(3)穩(wěn)定性高，效率高，可靠性高；(4)低的電磁干擾；(5)智能化。因而，研究數(shù)字化控制技術的綠色變頻電源技術，對當今提出的“節(jié)能、高效、綠色、環(huán)?！惫I(yè)口號的實現(xiàn)具有重要意義。逆變電源出現(xiàn)于電力電子技術飛速發(fā)展的20 世紀60 年代，到目前為止，它已經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。可控硅逆變電源的出現(xiàn)雖然可以取代旋轉型變流機組，但由于SCR 是一種沒有自關斷能力的器件，因此必須增加換流電路來強迫關斷SCR，但換流電路復雜、噪聲大、體積大、效率低等原因卻限制了逆變電源的進一步發(fā)展。自20 世紀70 年代后期，各種自關斷器件相運而生，它們包括可關斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、功率場效應晶體管（MOSFET）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等。由于自關斷器件不需要換流電路，因而主電路得以簡化、成本降低、可靠性提高；②提高了性能。在自關斷器件當中，IGBT以其開關頻率高、通態(tài)壓降小、驅動功率小、模塊的電壓電流等級高等優(yōu)點已成為中小功率逆變器的首選器件。第二代逆變電源在控制上普遍采用帶輸出電壓有效值或平均值反饋的S P W M 控制技術。當逆變電源輸出帶非線性負載時，負載電流中的低次諧波電流將流過電源的內(nèi)阻，引起輸出電壓波形畸變；②死區(qū)時間的存在將使S P W M 波中含有不易濾掉的低次諧波，使輸出電壓波形發(fā)生畸變；③動態(tài)特性不好。之所以出現(xiàn)這種情況，是因為系統(tǒng)中僅存在電壓平均值或有效值反饋，而沒有瞬時值反饋；④給定電壓與輸出電壓之間的相位差受負載影響較大，在三相電源中，三相輸出之間的相差不易滿足120176。第三代逆變電源采用了實時反饋控制技術，使逆變電源的性能得到提高。實時反饋控制技術多種多樣，主要有以下幾種[59]：①重復控制；②諧波補償控制；③無差拍控制；④單一的電壓瞬時值控制；⑤帶電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時值反饋控制。 發(fā)展趨勢及主要問題一、在電力電子技術的應用及各種電源系統(tǒng)中，變頻電源技術均處于核心地位。(2) 高性能化高性能主要指輸出電壓特性的高性能，它主要體現(xiàn)在以下幾個方面:穩(wěn)壓性能好，空載及負載時輸出電壓有效值要穩(wěn)定；波形質(zhì)量高，不但要求空載時的波形好，帶載時波形也好，對非線性負載性要強；突加或突減負載時輸出電壓的瞬態(tài)響應特性好；電壓調(diào)制量?。惠敵鲭妷旱念l率穩(wěn)定性好；對于共相電源，帶不平衡負載時相電壓失衡小。但是，這樣整個系統(tǒng)的可靠性完全由單臺電源決定，無論如何可靠性也不可能達到很高。模塊化需要解決逆變電源之間的并聯(lián)問題，變頻電源的并聯(lián)要比直流電源的并聯(lián)復雜，它面臨著負荷分配、環(huán)流補償、通斷控制等多方面的問題。 (5) 綠色化綠色電源的含義有兩層:首先是顯著節(jié)電，這意味著發(fā)電容量的節(jié)約，而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因。提高輸入功率因數(shù)具有重要意義，不僅可以減少對電網(wǎng)的污染，降低市電的無功損耗，起到環(huán)保和節(jié)能的效果，而且還能減少相應的投資，提高運行可靠性。今后電源技術將朝著高效率、高功率因數(shù)和高可靠性方向發(fā)展，并不斷實現(xiàn)低諧波污染、低環(huán)境污染、低電磁干擾和小型化、輕量化。二、變頻電源數(shù)字化發(fā)展存在的難點數(shù)字化是變頻電源發(fā)展的主要方向，但還是需要解決一下難題:(l) 變頻電源輸出要跟蹤的是一個按正弦規(guī)律變化的給定信號，它不同于一般的開關電源的常值控制。(2) 變頻電源輸出濾波器對系統(tǒng)的模型影響很大，輸入電壓的波動幅值和負載的性質(zhì)，大小的變化范圍往往比較大，這些都增加了控制對象的復雜性，使得控制對象模型的高階性、不確定性、非線性顯著增加。要滿足負載對電源的靜態(tài)指標和動態(tài)指標要求，一般地將電力電子變換裝置設計成一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。因此，如果能建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，特別是從控制到輸出之間的傳遞函數(shù)，則有助于工程技術人員的設計和系統(tǒng)分析，減少盲目選擇參數(shù)的調(diào)試時間，解決本質(zhì)非線性系統(tǒng)的線性控制問題。技術要求：（1）具有最大功率點跟蹤（MPPT）功能：RS和RL在給定范圍內(nèi)變化時，使，相對偏差的絕對值不大于1%。（3）當RS=RL=30Ω時，DCAC變換器的效率≥60%。 （5）具有輸入欠壓保護功能，動作電壓Ud(th)=(25177。（6）具有輸出過流保護功能，動作電流Io(th)=(177。3 總體方案設計 設計思路逆變電源的主電路基本就是有整流器，逆變器，變壓器，LC濾波器組成。前者輸出的電能不返回公共交流電網(wǎng)，后者輸出的電能直接輸向用電設備。③按主電路的器件分，可分為：由具有自關斷能力的全控型器件組成的全控型逆變電路；由無關斷能力的半控型器件（如普通晶閘管）組成的半控型逆變電路。若換流電壓取自逆變負載端，稱為負載換流式逆變電路。對于非容性負載,換流電壓必須由附設的專門換流電路產(chǎn)生，稱自換流式逆變電路。前者開關器件中的電流為正弦波，其開關損耗較小，宜工作于較高頻率。⑤按輸出相數(shù)可分為單相逆變電路和多相逆變電路。圖 單相橋式逆變電路工作原理第7頁（共35頁）開關TT4閉合，TT3斷開：u0=Ud；開關TT4斷開，TT3閉合：u0=－Ud；當以頻率fS交替切換開關TT4和TT3時，(b)所示的交變電壓波形，其周期Ts=1/fS，這樣，就將直流電壓E變成了交流電壓uo。電壓型半橋逆變電路結構及波形：它由兩個導電臂構成，每個導電臂由一個全控器件和一個反并聯(lián)二極管組成。設感性負載連接在A、0兩點間。輸出的電壓有效值為： 由傅里葉分析，輸出電壓瞬時值為: 其中， 為輸出電壓角頻率。若負載為阻感負載，設t2時刻以前，T1有驅動信號導通，T2截止，則 u0=Ud/2。由于感性負載中的電流i。t3時刻i。開始反向增大，此時仍然有u0=－Ud /2 。不能立即改變方向，D1先導通續(xù)流，此時仍然有u0=Ud /2 ；t5時刻 i。 一般用于幾kW以下的小功率逆變電源；電路的工作過程：全控型開關器件T1和T4構成一對橋臂，T2和T3構成一對橋臂, T1和T4同時通、斷；T2和T3同時通、斷。電路結構及波形輸出方波電壓瞬時值： 輸出方波電壓有效值： 基波分量的有效值：圖 單相全橋電路及波形 輸出方波電壓瞬時值：第9頁（共35頁）輸出方波電壓有效值：基波分量的有效值：同單相半橋逆變電路相比，在相同負載的情況下，其輸出電壓和輸出電流的幅值為單相半橋逆變電路的兩倍。 調(diào)制信號選擇及方案論證在逆變電源中，主要的控制部分是對逆變電路中全控型元件開關的調(diào)制，以實現(xiàn)輸出波形的數(shù)字化頻率調(diào)制。（1） PWM實現(xiàn)起來比較方便，可是用模擬或數(shù)字技術來實現(xiàn)；（2） 可以大幅降低輸出諧波含量，尤其是低頻紋波，它的諧波主要集中在載波頻率的K倍的位置，諧波頻率較高，因此濾波器設計容易，實現(xiàn)成本較低；（3） 對于多電平變換器，調(diào)制比可以在所有的工作范圍內(nèi)變化；（4） 在載波中加入合適的零序列，可以較好的平衡重點電位。所以采用SPWM技術既方便又有很好的效果。在采樣控制理論中有一個重要的結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。如果把各輸出波形用傅立葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。把圖21a的正弦半波分成N等份，就可