逆变电源的设计毕业设计论文.doc

桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 目 录 引言.1 1 绪论2 1.1 逆变电源的广泛应用2 1.2 逆变电源的发展趋势3 1.3 本课题的任务3 2 逆变电源原理5 2.1 开关逆变电源原理5 2.2 spwm 概述.6 2.3 spwm 调制7 2.3.1 单极性正弦波脉宽调制方式8 2.3.2 双极性正弦波脉宽调制方式9 2.4 spwm 的采样方法.10 2.4.1 自然采样法10 2.4.2 规则采样法10 2.4.3 等面积法11 2.5 spwm 生成方法.11 2.5.1 调制过程特征13 2.5.2 载波比(n)15 2.5.3 脉冲的占空度17 2.6 本章小结17 3 逆变主电路设计.18 4 直流升压电路设计19 4.1 直流升压主电路拓扑确定19 4.1.1 升压环节拓扑结构比较19 4.2 升压电路选择20 4.3 本章小结21 5 控制电路设计22 5.1 pic16f73 单片机及外围电路设计.22 5.2 驱动电路设计22 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 5.3 本章小结25 6 逆变电路设计26 6.1 逆变电路拓扑确定26 6.2 逆变主电路的选择27 6.3 逆变主电路元器件及其参数选择28 6.4 本章小结28 7 采样反馈保护电路设计29 7.1 采样反馈电路设计29 7.2 保护电路设计29 7.2.1nmos 过流保护的必要性29 7.2.2 设计短路保护电路要求30 7.2.3 保护电路设计30 7.3 本章小结31 8 软件设计.32 8.1 正弦波脉宽的生成32 8.2 软件设计32 8.3 本章小结35 9 实验结果与展望.36 9.1 实验结果36 9.2 展望37 10 总结38 10.1 设计中的不足38 谢 辞.39 参考文献40 附 录.41 附录 1 单片机控制电路 pcb41 附录 2 驱动电路 pcb.41 附录 3 逆变电路 pcb.42 附录 4 电压反馈保护电路 pcb.42 附录 5 程序清单43 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第1页 共54页 引言 随着国民经济的高速发展和国内外能源供应的紧张，电能的开发和利用显得更为 重要。目前，国内外都在大力开发新能源，如太阳能发电、风力发电、潮汐发电等。 一般情况下，这些新型发电装置输出不稳定的直流电，不能直接提供给需要交流电的 用户使用。为此，需要将直流电变换成交流电，需要时可并入市电电网。这种 dc-ac 变换需要逆变技术来完成。用电设备对市电电网造成严重的污染，反过来，被污染的 市电电网也会使用电设备工作不正常，用电设备之间通过市电电网相互干扰。为解决 此问题，必须提高市电电网的供电质量。以逆变技术为基础的电力有源滤波器和电能 质量综合补偿器可以净化市电电网，使其为用电设备提供高质量的电能。由于在用电 高峰期间或者雷电、暴风雨等自然灾害可能造成市电电网的超量波动，甚至供电中断。 这将造成用电设备工作失常，特别是计算机的数据丢失或者硬件的损坏。为此，需要 不间断电源（ups）来保证计算机的运行安全。ups 中的核心部件是逆变器。 本文的主要工作就是利用单片机设计正弦波逆变电源。第一章介绍了逆变电源的 发展及应用；第二章介绍了逆变的工作原理；第三章到第六章介绍了本设计的硬件电 路选择和软件设计；第七章是保护电路和反馈电路的介绍；第八章是调试样机的结果 介绍及对所做的工作的一些展望；最后是总结。 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第2页 共54页 1 绪论 1.1 逆变电源的广泛应用 现代逆变电源以其高集成度、高性能比、最简的外围电路、最佳的性能指标等显 著优点而受到青睐，可以说逆变电源从问世以来就引起了国内外电源界的普遍关注。 随着逆变电源技术的不断完善，逆变电源已经广泛地应用于计算机、电子设备、仪器 仪表、通信设备和家用电器中。近年来随着电子信息产业的飞速发展，人们对逆变电 源的需求也与日俱增，逆变电源也因此显示了其强大的生命力。逆变技术在新能源的 开发与利用领域有着至关重要的地位。21世纪是能源开发、资源利用与环境保护互相 协调发展的世纪，能源的优化利用与清洁能源的开发，是能源资源与环境可持续发展 战略的重要组成部分。具有世界三大能源之称的石油、天然气和煤等化石燃料将逐渐 被耗尽，氢能源与再生能源将逐渐取代化石料而成为人类使用的主体能源，这种能源 的变迁将迫使发电方式产生一次大变革，使用氢能源与再生能源的高效低污染燃料电 池发电方式将成为主体发电方式。因此，除此之外逆变技术还有下列主要应用: (l)交流电机变频调速:采用逆变技术将市电电网电压变换成幅值可调、频率、可 调的交流电供给交流电动机，以调节电动机的转速，可用于控制风机、水泵、机床、 轧机、机车牵引、电梯、传动及空调器等很多领域。 (2)ups电源系统:在许多领域中被广泛应用的计算机、通信设备、检测设备等都需 要采用ups电源。ups电源主要由整流器(包括充电器)和逆变器组成。在市电有电时， 整流器为蓄电池充电;在市电停电时，蓄电池通过逆变器向负载继续供电。 (3)电动汽车:随着汽车数量的不断增加，排放气体对环境造成的污染越来越严重， 已经成为空气污染的主要来源。各大汽车公司均投入巨资积极发展电动汽车。不管是 采用蓄电池的电动汽车还是采用燃料电池的电动汽车，在用交流电动机作为动力时， 都必须用逆变器把电池的直流电能变换成交流电能来驱动交流电动机。 (4)感应加热:中频炉、高频炉及电磁灶等设备都是采用逆变技术产生交流电，从 而产生交变磁场，金属在磁场中产生涡流而发热，从而达到加热的目的。 (5)谐波治理:市电电网中的谐波，主要是由各种电力电子装置、变压器、荧光灯 等产生的。采用由逆变器制成的电力有源滤波器apf和静止无功功率补偿器svc，可以 有效地治理市电电网的谐波污染。这是当前正在兴起的一门新技术。 另外，逆变技术在弧焊电源、通信开关电源、医用电源、变频电源以及航空逆变 器等领域都有应用。总之，逆变器技术已经涉及各行各业，以及各种领域的用电设备。 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第3页 共54页 1.2 逆变电源的发展趋势 逆变器也称逆变电源，通过半导体功率开关的开通和关断作用，将直流电能转变 成交流电能的一种变换装置，是整流变换的逆过程，是太阳能光伏发电系统、风力发 电系统中的一个重要部件。 逆变技术的原理早在1931年就有人研究过。从1948年美国西屋电气公司研制出第 一台逆变器：感应加热逆变器至今已有近60年历史了，而晶闸管scr的诞生为正弦波逆 变器的发展创造了条件，到了20世纪70年代，可关断晶闸管(gto)、电力晶闸管(bjt) 的问世使得逆变技术得到发展应用。到了20世纪80年代，功率场效应管(mosfet)、绝 缘栅极晶体管(igbt)、mos控制晶闸管(mct)以及静电感应功率器件的诞生为逆变器向 大容量方向发展奠定了基础，因此电力电子器件的发展为逆变技术高频化、大容量化 创造了条件。进入20世纪80年代后，逆变技术开始从应用低速器件、低开关频率逐渐 向采用高速器件、提高开关频率的方向发展，使逆变器体积进一步减小，效率进一步 提高，正弦波逆变器的品质指标也得到很大提高。另一方面，微电子技术的发展为逆 变技术的实用化建立了很好的平台，传统的逆变器需要通过许多的分立元件或模拟集 成电路加以完成。随着逆变技术复杂程度的增加，所需处理的信息量越来越大，而微 处理器的诞生正好满足了逆变技术的发展要求，从8位的带有pwm口的微处理器到单片 机，发展到今天的32位dsp器件，使先进的控制技术如矢量控制技术、模糊控制等在逆 变领域得到较好的应用。 总之，逆变电源虽然发展历史不长，但是发展速度迅速，它是一种更新换代的革 命性电源。逆变电源在现代援术及新器件的支持下，无论是可靠性还是性能价格比， 以及高效节能方面，都将不断进步和提高。电力电子功率开关器件向高压大容量化、 集成化、全控化、高频化及多功能化的方向发展，材料学科的超导材料和软磁材料的 惊人发展速度以及智能化控制技术、信息网络技术的发展，都促使逆变电源向着高效 率、大功率、高可靠性的方向发展。因此，逆变电源的开发、研制、生产成为发展前 景十分诱人的。 1.3 本课题的任务 本课题设计主要论述了基于单片机控制逆变稳压电源的基本原理、结构和设计过 程,并且在搭接实验电路之前,利用仿真工具软件对所设计的电路进行仿真,验证电路的可 行性,最后在此基础上完成样机的调试工作。本文设计的电源是输入电压为 36v48v，负载电流有效值为 0.11a 时，输出线电压有效值应保持在 220v,在设计 中,我们采用 spwm 逆变控制技术,单片机控制输出 spwm 波,驱动开关元件的电压型逆变电 路,最后把直流电压逆变成稳定的交流电压。 下面是本文所做的主要工作： 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第4页 共54页 1在比较全桥、半桥及推挽3种拓扑各自特点的基础上，采用并联mos管驱动的推 挽变换器作为前级dc/dc升压电路，并实现各种保护功能； 2选用microchip公司的高性能16位单片机为主控核心，并设计逆变系统的控制电 路及相关软件； 3采用前馈加反馈的复合控制策略，使系统的电压、频率精度分别为 220v+5、50hz、a：05； 4研制一台独立运行逆变系统样机，优化各模块间的布局；实现输入过欠压、输 入过流、输出过载、输出短路、等保护功能。 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第5页 共54页 2 逆变电源原理 2.1 开关逆变电源原理 在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯 性的环节上时，其效果基本相同，冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本提同， 是指环节输出效应波形基本相同。如果个输出波形的傅立变换进行频谱分析，可发现 它们的低频段特往非常接近，仅在高频仅略有差异。 例如图2-1a、b、c所示的三个窄脉冲形状不同，(图2-1a为矩形脉冲，图2-1b为三 角形脉冲，图2-1c正弦半波脉冲)但是它们的面值(即冲量)都等于l，那么，当他们分 别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。脉冲越窄，其输出的差异 越小。当窄脉冲变为图2-1d的单位脉冲函数f(t)时，环节的响应即为该环节的脉冲过 度函数。 f（t ） f（t ） f（t ） f（t ） d） c） b） a） 0 0 0 0 图2-1形状不同而冲量相同的各种脉冲 上述结论是spwm的重要基础，用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦 半波n等分，看成n个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第6页 共54页 幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。spwm波形脉 冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的spwm波形。 u owt o u wt a) b) 图 2-2 用 spwm 波代替正弦半波 要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可得到 spwm 电流波： 电流型逆变电路进行 spwm 控制，得到的就是 spwm 电流波。spwm 波形可等效的各种波 形： 直流斩波电路：等效直流波形 spwm 波：等效正弦波形，还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，也基于等效面积 原理。 2.2 spwm 概述 所谓spwm技术就是用功率器件的开通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲 系列，以实现变压变频及控制和消除谐波为目标的技术，也就是利用相当于基波分量 的信号波对三角载波进行调制，达到调节输出脉冲宽度的一种方法。这里所谓相当于 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第7页 共54页 基波分量的信号波并不一定指正弦波，在spwm优化模式控制中可以是预畸变的信波， 当然不同信号调制后生成的spwm脉宽对变频效果，比如输出基波电压幅值、基波转矩、 脉动转矩、谐波电流损耗、功率半导体开关器件的开关损耗等的影响差异很大。 spwm技术最初应用于直流变换电路，随后将这种方式与频率控制相结合，产生了 应用于逆变电路的spwm控制技术。用改变调制信号频率实现输出电压基波频率的调节： 用改变调制信号幅值实现输出电压基波幅值的调节。具体来说，就是用一种参考正弦 波为“调制波”，而以n倍于调制波频率的三角波为“载波”。由于三角波或锯齿波的 上下宽度是线性变化的波形，因此它与调制波相交时，就可以得一组幅值相等，而宽 度正比于调制波函数值的矩形脉冲序列用来等效调制波，用开关量取代模拟量，并通 过对逆变器开关管的通断控制，把直流电变换成交流电。 随着逆变器在交流传动、ups电源和有源滤波器中的广泛应用，以及高速全控开关 器件的大量出现，spwm技术己成为逆变技术的核心，因而受到了人们的高度重视。尤 其是最近几年，微处理器应用于spwm技术和实现数字化控制以后，更是花样翻新，到 目前为止仍有新的spwm控制方式在不断出现。目前已经提出并得到应用的spwm控制技 术就不下十种。尤其是微处理器应用于spwm技术之后，spwm技术得到了进一步的发展， 从追求电压的正弦波到电流的正弦波，再到磁通的正弦波；从效率最优到转矩脉动最 小，再到噪音最小等，spwm控制技术经历了一个不断创新和不断完善的过程。 2.3 spwm 调制 spwm 脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出 频率。而输出频率的变化可通过改变此脉冲的调制周期来实现。这样，使调压和调频 两个作用配合一致，且于中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能。 由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使电 网侧的功率因数大大改善。利用 spwm 逆变器能够抑制或消除低次谐波。加上使用自关 断器件，开关频率大幅度提高，输出波形可以非常接近正弦波。spwm 变频电路具有以 下特点： 1. 可以得到相当接近正弦波的输出电压； 2. 整流电路采用二极管，可获得接近 1 的功率因数； 3. 电路结构简单； 4. 通过对输出脉冲宽度的控制可改变输出电压，加快了变频过程的动态响应,现在 通用变频器基本都再用 spwm 控制方式，所以介绍一下 spwm 控制的原理。 控制理论中有一个重要的结论，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的 环节上，其效果基本相同。冲量既指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同。是指 该环节的输出响应波形基本相同。如把各输出波形用傅里叶变换分析，则它们的低频 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第8页 共54页 段特性非常接近，仅在高频段略有差异。 根据上面理论我们就可以用不同宽度的矩形波来代替正弦波，通过对矩形波的控 制来模拟输出不同频率的正弦波。例如，把正弦半波波形分成 n 等份，就可把正弦半 波看成由 n 个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于 /n ，但 幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如 果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中 点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（即冲量）相等， 就得到一组脉冲序列，这就是 spwm 波形。可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的。 根据冲量相等效果相同的原理，spwm 波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周， 也可以用同样的方法得到 spwm 波形。 在 spwm 波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要 按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在交直交变频器中，整流电路采用 不可控的二极管电路即可，spwm 逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。 根据上述原理，在给出了正弦波频率，幅值和半个周期内的脉冲数后，spwm 波形 各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通 断，就可以得到所需要的 spwm 波形。 2.3.1 单极性正弦波脉宽调制方式 所谓单极性控制是指在输出波形的半个周期内，逆变器同一桥臂中的两个开关元 件只有一个处于不断切换的开关状态，另一个则始终处于关断状态。因此，输出波形 在任何半周期内始终为一个极性，单极性控制方式的 spwm 波形如图 2-3 所示，载波信 号 ur 采用单极性等腰三角形波，控制信号 u c 为正弦波形。当 u cur 时，元件开通； 当 u c*rxl 时，pwm 单元的引脚开始输出低电平；当 tmr2=pr2 时，tmr2 被归 0，并重新开始下一个周期计数，同时 pwm 单元重新输出高电 平。当 tmr2 的中断标志位 tmr2if 被置高电平时，系统将执行定时中断服务程序，图 8-1 所示是其 spwm 流程图。中断程序完成查找正弦表值和 a/d 取样值后，再进行 pi 调 节，即可得出修正值，并将该修正值写入*rxl 寄存器中。 8.2 软件设计 由于单片机pic16f73具有强大的功能，困此用其作为逆变电源的主控芯片是很方 便的。利用单片机自身提供的pwm功能，输出spwm驱动脉冲，利用a/d转换接口，进行 逆变器输出过载、过电压以及蓄电池欠压采样，然后通过编程来实现系统的各种保护 功能。 pic16f73单片机内部含有两个ccp模块，都可以用来产生pwm波。对于pwm信号来说， )wt(sinwtdi i i m ）（ us )wt(sinwtd i i k ）（ d 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第33页 共54页 周期和脉宽是两个必不可少的参数，pic16f73单片机将pwm周期储存在pr2寄存器中， 而将pwm信号高电平时间值即脉宽值储存在ccpr1l或ccpr2l寄存器中。内部定时器在计 数过程中不断与这两个寄存器的值相比较，达到设定时间时输出电平产生相应的变化， 从而控制pwm信号的周期和占空比。spwm信号要求脉宽按正弦规律变化，因此每一个 pwm周期脉宽都要改变，由单片机产生spwm波的基本思想就是在初始化时将pwm周期值 设定，然后用定时器定时，每个周期产生一次中断，来调整脉宽，从而得到脉宽不断 变化的spwm波。但实际上，spwm频率一般都很高，周期很短，要在每一个周期内都完 成脉宽的调整比较困难。本系统中，spwm周期为20khz,设置每六个周期改变一次脉宽。 在软件设计中，将ccp2模块作为pwm输出口，ccp1模块采用比较功能，单片机时钟 为20mhz,计时步阶0.2us。首先建立正弦表，在一个完整正弦周期中，采样64个点，采 样点正弦值与正弦波峰值的比值就是该点spwm信号的占空比。然后根据spwm周期计算 出各点的脉宽值，转换成计时步阶，做成正弦表（表8-1），供ccp1中断子程序调用。 这64个点之间的时间间隔也转换成计时步阶储存到ccpr1h和ccpr1l寄存器中，程序运 行过程中， 计数器timer1不断和这个寄存器的值相比较，达到设定值时ccp1产生中断， timer1重新计时。中断服务子程序用来修改spwm信号的占空比。 表8-1 正弦表 5101419242933384347525761667075 83889296100104108112116120124127131134138141 148151154157159162165167170172174176178180182184 187188189190191192193194194194195195195 195195194194194193192191190189188187185184182180 176174172170167165162159157154151148144141138134 1271241201161121081041009692888379757066 575247433833292419141050 其流程图如图 8-1 所示，主程序为一个无穷循环，等待中断发生。本程序中共用 到了三个中断：ccp1 比较中断，用来调整 spwm 脉宽，中断周期为 306us；t0 定时中断， 每隔一段固定的时间进行一次输出电压反馈采样值的 a/d 转换,在单片机初始化时，将 t0 的中断周期设为 153us,产生一次中断后，将周期改为 306us；a/d 转换单片机产生 spwm 波。 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第34页 共54页 清中断标志位 清定时器 1 读取 ad 转换 值 计算输出电压 偏差 表指针到最 大？ 表指针加 1 计算 pwm 占空 比 中断返回 查正弦表 更新 pwm 占空 比 返回表头 正半波？ 正负半波信号置 1 y n y n 图8-1程序流程图 a/d转换完成产生中断，处理转换值，中断周期为20us。在程序开始运行后，首先 发生ccp1中断，使单片机按正弦表的第一个脉宽值输出spwm波，153us后，产生t0中断， 进行a/d转换，并将t0中断周期改306us。 20us后转换完成，产生a/d中断。然后又是 ccp1中断，读取a/d转换值和正弦表来调整脉宽。这样周而复始，产生连续不断的spwm 控制信号。中断循环结构如图8-2所示。 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第35页 共54页 图 8-2 中断循环 中断程序如下： void interrupt key_ccp_timer() if(tmr2if/定时器 2 中断服务函数 if(sin_num=31)sin_num=0;sin_up=!sin_up; sin_d=sin_sin_num; sin_l=sin_am*sin_d;if(sin_l=255)sin_l=255;/限幅 if(sin_up) ccpr2l=(unsigned char)sin_l;ccpr1l=0;/换向 else ccpr1l=(unsigned char)sin_l;ccpr2l=0;/换向 sin_num+; clrwdt();/清除看门狗 if(rbifif(!rb6)/端口 b 中断服务函数 if(tmr1iftm_sum+;if(tm_sum=31)tm_sum=0;tmr_s=!tmr_s;tmr_d=1; 8.3 本章小结 本章首先介绍了本系统所采用的双极性调制理论以及spwm波的参数选择和生成方 法；最后给出了系统软件的主程序流程图和中断程序的介绍，程序详见附录。 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第36页 共54页 9 实验结果与展望 9.1 实验结果 最后，我们用protel99se画出系统的电路图和pcb板图，按照前面所讨论得到的各 部分元器件的技术参数搭接一台样机。设计中不仅考虑了内部主电路元件的安装工艺 和位置，而且注意了功率开关工作的电磁辐射和干扰屏蔽问题，在各种条件下，对系 统进行了严格的性能测试，系统实验结果表明完全满足设计性能指标，并完成了各项 功能测试实验。系统的性能指标如下表：图9-1为单片机输出波形；图9-2为样机输出 正弦波形。 表9-1系统性能指标 直流输入额定电压42v 直流输入电压范围3648v3648v 额定输出功率200w 交流输出额定电压、频率220v50hz 交流输出电压精度2205 频率精度50o.3 效率90 图9-1单片机输出波形 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第37页 共54页 图9-2输出正弦波形 9.2 展望 随着近几年太阳能、风能等可再生能源发电技术我国的广泛推广和应用，以及相 关电力变换技术的不断进步和发展，风/光互补复合发电系统将具有越来越广的市场前 景。为满足不同用户的不同需求，应拓宽系统的应用范围，由于作者水平有限，再加 上时间仓促，有一些工作需要进一步完善： 1)提高稳定性 作为数字控制应用于实际产品中，系统的稳定性和抗干扰能力还有待提高，如何 在比较恶劣的工作环境中稳定运行是一个今后需要解决的问题。 2)并联逆变技术 逆变电源的并联运行作为一种电源冗余方案，能够极大的提高电源系统的可靠性、 可用性以及系统的容量，它是交流电源系统从传统的集中式供电向分布式供电模式发 展的一个必须解决的关键技术本系统可以考虑采用并联逆变技术，并联技术的难点是 输出电压的同步和动稳态均流。并联逆变技术也是逆变技术的一个研究热点。 3)并网逆变器 采用多种能源并联组成的分布式发电系统，是大力发展可再生能源，提高供电电 源可靠性，扩大供电系统容量的重要途径。分布式能源系统的供电可以由多种能源经 电力变换组网形成，其各供电单元具有分散性，且均并接于交流电网母线上。并网逆 变器的控制相对于独立逆变电源要复杂，为使系统具有更广阔的应用前景，将系统升 级为独立逆变/并网逆变两种工作方式是必要的。 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第38页 共54页 10 总结 本文在设计和开发大功率逆变电源的过程中，运用仿真和实验相结合的方法，达 到了事半功倍的效果。在仿真阶段，即对电源电路的运行情况进行了检验，对电路存 在的问题进行了分析，提出了改进的方法，不断完善电路的性能。在仿真的基础上， 安装和调试了样机。所以在电源系统的研制过程中，我们应当适时地采用仿真技术， 提高电源设计的效率。通过大功率逆变电源的设计和论文的撰写，使我获得了研发逆 变电源的实际经验使我对逆变电源技术有了更深入的了解，为今后的工作提供了宝贵 的实践经验。 基于对本课题的设计与调试，己基本完成该电源的指标;由于很多无法预料的因素， 在调试时遇到许多问题无法解释清楚。同时，由于水平有限，尤其对软件设计和软件 编程方面还有所欠缺，本课题中，软件开发和程序编写是与他人合作开发得到。希望 自己能在以后的学习和工作中加强这方面能力。在整个电路的研究过程中，有如下心 得和体会： 1由于整个系统涉及到强电、模拟电路、数字电路、单片机硬件设计及软件编程 等方面的知识，是一个自动化知识综合应用的系统，需要大量的理论知识，所以，在 理论学习阶段，要打下坚实的基础，这样就可以少走弯路； 2在硬件设计和制作的过程中，要细心认真，态度端正，尽量减小硬件电路中的 干扰和误差； 3电力电子变流技术的学习主要要把握三个方面：主电路拓扑结构的分析、控制 电路的设计、主要开关器件的特性分析； 4. 设计输入电流与输入电压的相位智能跟踪控制，使测试电源功率因数进一步提 高。 10.1 设计中的不足 本次设计的逆变电源采用数字控制技术，控制性能不是很好，功能基本完善。由 于时间和本人水平有限，在电源的设计中还存在着一些有待改进的地方。由于缺乏对 逆变环节数学模型的分析，只是采用工程整定的方法设计控制的参数，造成系统的动 态控制性能不是很好。逆变电源的调试结果也没有得到理想中的波形。 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第39页 共54页 谢 辞 本次毕业设计，得到郭福力老师的悉心指导，无论是设计方案的选择、芯片的选 择、硬件电路的设计还是论文的撰写，郭老师都给予了指导和帮助，在此对郭老师表 示我最真挚的感谢，并祝他身体健康，工作愉快。 其次，在硬件制作过程与调试得到了同学对我的帮助；在此对他们表示诚挚的感 谢，并祝他们学习进步。 最后，还要感谢所有的课堂老师，他们的丰富教学的经验和孜孜不倦的教导，才 使我们打好基础知识，把所学的知识很好地应用在今天的设计中。 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第40页 共54页 参考文献 1 何希才，江云霞编著. 现代电力电子技术. 北京：国防工业出版社，1996. 2 沈德金. mcs-51 系列单片机接口电路与应用程序设计. 北京：北京航空航天大学出版社， 1999. 3 陆坤等.电子设计技术m. 成都：电子科技大学出版社，1997. 4 袁涛等编著. 单片 c 高级语言程序设计及其应用m. 北京：北京航空航天大学出版社， 2001. 5 谢筑森. 单片机开发与典型应用设计m. 北京：机械工业出版社，1997. 6 胡伟，季晓衡编著. 单片机 c 程序设计及应用实例m. 北京：人民邮电出版社，2003. 7 公茂法等编著. 单片机人机接口实例集m. 北京：北京航空航天大学出版社，1998. 8 （意）贾西欧著，张鼎等译. 32 位单片机 c 语言编程. 北京：人民邮电出版社. 9 汤竞南编著. pic 单片机基础与应用. 北京： 人民邮电出版社. 10 张明峰. pic 单片机入门与实战. 北京： 人民邮电出版社. 11 乾龙盛. pic单片机实用教程. 北京： 人民邮电出版社. 12 张英剑. 新型开关电源实用技术. 电子工业出版社，1999. 13 张占松. 高频开关稳压电源(第一版). 广东科技出版社，1992. 14 陈国呈. pwm变频调速及软开关电力变换技术(第一版). 机械工业出版社，2001. 15 何应龙，李雪银. pic16c7x入门与应用范例. 清华大学出版社，2002. 16 谭政华等. 智能化逆变电源研制及其spwm波软件生成. 上海交通大学学报. 2000年2月， 第34卷第2期. 17 david e. johnson .et al. electric circuit analysism. prentice hall. 1997. 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第41页 共54页 附 录 附录 1 单片机控制电路 pcb 附录 2 驱动电路 pcb 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第42页 共54页 附录 3 逆变电路 pcb 附录 4 电压反馈保护电路 pcb 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第43页 共54页 附录 5 程序清单 /- / spwm 信号调制 /- #include #include /系统配置 _config(hs /打开看门狗,选择高速晶振,上电延时复位,掉电复位使能,代码保护 /- /指示灯宏定义 #define l1_red_on rb1=1;rb2=0;/l1 红灯亮 #define l1_off rb1=0;rb2=0; #define l2_red_on rb4=1;rb3=0;/l2 红灯亮 #define l2_off rb4=0;rb3=0; #define l3_red_on rb7=1;rb5=0;/l3 红灯亮 #define l3_off rb7=0;rb5=0; #define l1_gree_on rb2=1;rb1=0;/l1 绿灯亮 #define l2_gree_on rb3=1;rb4=0;/l2 绿灯亮 #define l3_gree_on rb5=1;rb7=0;/l3 绿灯亮 /- /模拟输入通道宏定义 #define an0 chs2=0;chs1=0;chs0=0; #define an1 chs2=0;chs1=0;chs0=1; #define an2 chs2=0;chs1=1;chs0=0; 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第44页 共54页 /- /- void adc_init() /ad 时钟选择 adcs1=1;/fosc/32 adcs0=0; /*if cpu is pic16f7x7 vcfg1=0; vcfg0=0;/vref=vdd-vss */ pcfg0=0; pcfg1=0; pcfg2=0;/vref=vdd-vss adon=1;/打开 ad 模块 adif=0;/清除 ad 中断标志 adie=0;/打开 ad 模块中断 /- void port_init()/端口初始化 /端口 b 设置 trisb0=0;trisb1=0;trisb2=0;trisb3=0;trisb4=0;trisb5=0; trisb6=1;/输入 trisb7=0;/rb 端口方向设置 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第45页 共54页 portb=0;/输出 0 rbpu=0;/使能内部弱上拉 inte=0;/禁止 rb0 中断 rbif=0; rbie=1;/允许 rb 端口电平变化中断 /端口 c 设置 trisc=0x00;/portc are outputs portc=0;/输出为 0 rc1=rc2=0; rc3=1;rc4=0; /timer0 init t0cs=0;/选择内部指令时钟 t0if=0; /t0ie=1;/在第一次 ccp1 比较后打开中断使能 /timer1 tmr1cs=0;/定时器模式 /- /- /软件延时子程序*/ void delay() unsigned int i; for(i=2000;i0;i-); 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第46页 共54页 /- void init_start()/开始 l1_red_on;l2_red_on;l3_red_on; delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); l2_off;l3_off;l1_off; delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第47页 共54页 delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); l1_gree_on;l2_gree_on;l3_gree_on; delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); delay();delay();delay();delay(); l2_off;l3_off;l1_off; /- bit k,power;/关机及按键标志 bank1 unsigned char tm_sum;/系统实际变量 bank1 unsigned char ad_res_1,ad_res_0,ad_res_2; /ad 转换结果寄存器 bank1 float sin_am,sin_l,sin_d;/浮点数,幅值变量,临时变量,临时变量 bit sin_up;/sin 函数正负半周标志 bit tmr_s,tmr_d,crut_ie;/定时标志,定时标志变化标志,电流延时保护允许 unsigned char crut_tmr;/电流延时时间变量 unsigned char power_s;/电源动作延时变量 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第48页 共54页 bit power_ie;/电源允许动作标志 bit power_up;/初次开机标志 unsigned char power_up_s;/初次开机延时标志 bit crut_if;volue_if; /-ad1 通道转换- void ad_0() an0;/选择通道 0 delay();/延时,采样电容充电 adgo=1;/开器 ad while(adgo);/等待 ad 结束 ad_res_0=adres;/结果转存到变量 ad_res_0 /-ad1 通道转换- void ad_1() an1; delay(); adgo=1;while(adgo); ad_res_1=adres; if(ad_res_1132)sin_am-=0.005;if(ad_res_1-132)10)sin_am-=0.04; else if(ad_res_1=130)sin_am+=0; else if(ad_res_110)sin_am+=0.04; if(sin_am1.6)sin_am=1.6; 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第49页 共54页 /-ad2 通道转换- void ad_2() an2; delay(); adgo=1;while(adgo); ad_res_2=adres; /- const unsigned char sin_=40,50,73,85,100,113,127,141,157,170,180,189,196,200,203, 204,/正半周 204,/负半周 203,200,195,188,179,169,157,144,129,113,96,78,59,39,15; unsigned char sin_num;/sin 函数表查表变量 /- void ccp_start() ccpr2l=0x0;/设置 ccp2,0%的脉宽输出 ccpr1l=0x0;/设置 ccp1,0%的脉宽输出 trisc=0x00;/portc are outputs pr2=0xff;/设置 pwm 的工作周期,16mhz,pwm 周期 15.562khz ccp1m3=1;ccp1m2=1;/ccp1 模块 pwm 模式 ccp2m3=1;ccp2m2=1;/ccp2 模块 pwm 模式 sin_up=1;/正负半周 sin 函数 sin_num=0;/脉宽周期调整计数器 桂林电子科技大学毕业设计 （论文） 报告用纸 第50页 共54页 sin_am=0;/sin 函数的幅值 sin_am=0.3000;/sin 函数的幅值 crut_ie=1;/电流慢保护允许 /-中断服务程序- void interrupt key_ccp_timer() if(tmr2if/定时器 2 中断服务函数 if(sin_num=31