大学生电子设计竞赛E题设计报告(变流器负载试验中的能量回馈装置)

....2018年江苏省大学生电子设计竞赛设计报告（一等奖）竞赛选题：E题变流器负载试验中的能量回馈装置（本科）任务1在该负载上。为了节能，应进行能量回馈。负载试验时，变流器逆变器）2（整流器）211要求

图1变流器负载试验中的能量回馈装置（1）变流器1输出端c、d仅连接电阻性负载，变流器1能输出50Hz、25V0.25V、2A的单相正弦交流电。（20分）1100Hz1Hz。（15分）111I1

=1A。（20分）111I1

=2A，Pd

越小越好。+_+_U1其他。（10分）设计报告（20分）项目项目方案论证理论分析与计算主要内容比较与选择，方案描述系统相关参数设计系统原理框图与各部分的电路图，系统软件流程图测试方案合理，测试结果完整性，测试结果分析满分35电路与程序设计5测试方案与测试结果5设计报告结构及规范性总分摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性。220说明1112电路制作时应考虑测试方便，合理设置测试点。能量回馈装置中不得另加耗能器件。1a、bc、da、cc、端应能够断开，另接其他阻性负载。摘要本设计是一种采用STC12C5A60S2单片机为主控的变流器负载试验中的能量回馈装SPWM到H38v25v交流电输出，通过按键能控制其输出20~100Hz步进。经过工频变压器隔离后，输入给回馈装置，其采用单片机控制的BOOST设计方案工作原理预期实现目标定位试验时，变流器1（逆变器）将直流电变为交流电，其输出通过连接单元与变流器2（整流器2将交流电转换成直流电，并回馈至变流器11供电，从而实现了节能。本系统设计要求：①变流器1输出端c、d仅连接电阻性负载，变流器1能输出50Hz、25V 0.25V2A的单相正弦交流电。②在要求的条件下，变流器1输出交流电的频率范围1Hz111输出电流I=1A11所示连接，变1流器1输出电流I1

=2A，要求直流电源输出功率Pd

越小越好。技术方案分析比较控制系统选择STM32F407ZGT6单片机为控制核心，通过输出互补SPWM波控制驱动STM3212D/A模块精确控,以控制系统工作状态。PWM波形控制驱动芯片驱动开关实现正弦TC12C5A60S236I/O口并且具有两路PWM810位ADC每个I/O能设置成弱上拉、强上拉、高阻、开漏模式，该单片机内置上电复位电路，性价比高，抗静电，抗干扰，低功耗，低成本。综合考虑性价比、成本、面积、功耗等因素软硬件设计，采用方案二。驱动电路选择方案一：半桥式驱动电路是两个三极管或MOS管组成的振荡，振荡转换之间容易泻有电流使波形变坏，产生干扰。成本低，电路容易形成。方案二：全桥式驱动电路，桥电路是四个三极管或MOS管组成的振荡。全桥电路不容易产生泻流，采用IR2104电路的稳定性且降低了设计难度。综合考虑设计完成难度，采用方案二。连接部分电路1:1铜损和铁损，最后测出变压器效率为96%。单相桥式整流电路桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只二极管导通，得到正弦波的正半周；输入正弦波的负半周时，另两只管导通，由于是反接的，所以输出依然得到正弦波的正半周。经过桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只二极管导通，得到正弦波的正半周；输入正弦波的负半周时，另两只管导通，由于是反接的，所以输出依然得到正弦波的正半周。经过RCBOOSTMOSLC把流经的电感L的那一部分电流转变成为电荷来进行贮存。在MOS管关掉的时间里，电L会产生反向电动势叠加在电源上，输送给负载R并与续流二极管D组成回路，同时电容C将电荷转换成电流向负载供电。若是这个进行通断的过程是不断进行反复的，那么就能够的ADC（占空比，从而闭环控制输出的电流，达到闭环控制输出电流的目的。系统结构工作原理本系统通过采用C51单片机为主控的变流器负载试验中的能量回馈装置38V25v20~100HzBOOST电路，闭环控制其电流输出。图1系统结构功能指标实现方法根据题目任务，有如下系统设计：12中，只要直流电源DC电压是稳定的，同负载下，输出的AC是稳定的，从而逆变部分可以采用开环设计。1:112共地问题，降低系统设计和调试难度。11的输出电流的目的。核心部分电路设计逆变电路逆变电路通过单片机控制驱动芯片的通断控制HSPWMLC滤波之后变为正弦波。图2逆变部分电路图变压器部分为了避免变频器和BOOST1:1的工频变压器，但是实际使用中有铜损和铁损，最后测出变压器效率为96%。注：连接部分可使用导线直接相连，使转化效率达到100%，若如此则不能使用接地的设备（如三角插座示波器）测量。整流升压部分电路(1)整流部分图3整流电路用整流桥进行全波整流，同一时刻必然有21.4V左右的电压降（单个肖特基压降为0.71.53图3整流电路LCr是开关电源最基本的设计参数之一。将r0.4左右，是考虑了电值与电感电流平均值（斜坡中点值或直流分量值）和电感电流总摆幅（交流纹波r值讲解表示出电感L的数值。△IrIC目前最通用的电感设计规则是基于r的基础公式，首先设置r=0.4,Vin是25V3438V此中D为PWMfVV为输出电压、由于使用同步整流方案，所i OVD为肖特基二极管的电压降（这里设置为。Io根据电流公式得到电感。对于BOOST电路，根据伏秒法则，D，计算得到190uH电感，这里采用这个数值附近的220uH的功率电感。按照串连型开关电源的电容的推导公式，此中CIo△Up-p为PWM一个周期的时间。IC o *T2Up假定纹波的电压是0.01把各个参数代入式子2-）得式2-，其结果为：C 1 * 1 2127F2*47Khz1000uF21000uF波电压的目的。升压部分电路图4升压部分电路图（3）整流部分总电路图5整流部分总电路图3、系统软件设计分析逆变部分SPWM逆变器采用的是等效原理实现的，即让逆变器输出的波形是一系列的和正弦波一样效果的虽不等宽但等幅的矩阵脉冲波形，方法是单极性SPWM调制H,进入SPWM根据所设置频率SPWM特殊功能寄存器进行设置并启开始输出SPWM波。主程序开始主程序开始端口初始化PWM,ADC 初始化总中断开显示“welcome!”延时100ms清屏计算并显示输入电压，输出电压，显示设置的输出电流按键检测图6逆变流程图 图7整流升压流程图整流升压部分50更加接近真实状况，抗干扰能力得到很大的提升。4、竞赛工作环境条件测试方案体测试方案如下：(1）硬件测试(2）软件仿真测试软件测试我们选择在搭好的硬件上直接测试，并借助串口调试窗口查看并分析运行数据，结果正常。测试仪器设计分析软件环境AD9电路绘制软件，KEIL4等编程软件。仪器