畢業(yè)設(shè)計（論文）新型智能逆變電源系統(tǒng)設(shè)計

1、1 緒論1.1 現(xiàn)代逆變電源技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀美國貝爾實驗室于1956年研制出世界上第一只晶閘管(scr)，標志著電力電子技術(shù)的開始?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)是以電力為主要研究對象的電子技術(shù)。它利用電力電子器件對電能進行變換和控制。當代許多高新技術(shù)均與電網(wǎng)的電流、電壓、功率和相位等各種基本參數(shù)的變換與控制有關(guān)，而電力電子技術(shù)能實現(xiàn)對這些參數(shù)的精確控制和高效處理，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)大功率電能的頻率變換，為高新技術(shù)的發(fā)展提供了強有力的支持。因此，現(xiàn)代電力電子技術(shù)不僅僅自身是一項高新技術(shù)，而且還是其他高新技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。如果說微電子技術(shù)是信息處理技術(shù)，電力電子技術(shù)則是電力處理技術(shù)。逆變，是對電能進行變換和控制的一種

2、基本形式。電力電子電路的基本功能是使交流電能(ac)與直流電能(dc)之間進行相互轉(zhuǎn)換，基本轉(zhuǎn)換形式有四種，其中將直流電變換成交流電的變換稱為dc/ac變換，也即通常所說的逆變。它是電力電子領(lǐng)域中最為活躍的部分。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變技術(shù)也隨之不斷發(fā)展。“現(xiàn)代逆變技術(shù)”是綜合了現(xiàn)代電力電子開關(guān)器件的應用、現(xiàn)代功率變換、模擬和數(shù)字電子技術(shù)、pwm技術(shù)、頻率及相位調(diào)制技術(shù)、開關(guān)電源技術(shù)和控制技術(shù)等的一門實用設(shè)計技術(shù)，己被廣泛地用于工業(yè)和民用領(lǐng)域中的各種功率變換系統(tǒng)和裝置中。所謂逆變器，是指整流器的逆向變換裝置，其作用是通過半導體功率開關(guān)器件(如scr，gto,gtr,igbt，智能ipm功率

3、模塊等)的開通和關(guān)斷作用，把直流電能變換成交流電能，因此是一種電能變換裝置。由于是通過半導體功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷來實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換，因此轉(zhuǎn)換效率比較高，但轉(zhuǎn)換輸出的波形卻很差，是含有相當多諧波成分的方波。而多數(shù)負載要求逆變器輸出的是正弦波，這便是逆變技術(shù)經(jīng)要所在。 逆變原理早在20世紀30年代初就被提出過，1948年美國西屋電氣公司用汞弧整流器制成了3000hz的感應加熱逆變器。其發(fā)展一般認為分為如下兩個階段： 1956-1980年為傳統(tǒng)發(fā)展階段，這個階段的特點是開關(guān)器件以低速器件為主，逆變器的開關(guān)頻率較低，波形改善多以重疊加法為主，體積和重量都較大，逆變效率低下，正弦波逆變器開始出現(xiàn)。198

4、0年到現(xiàn)階段為高頻化新技術(shù)階段，逆變技術(shù)發(fā)展日趨完善，在器件、電路及控制技術(shù)方面呈現(xiàn)出以下特點: （1）集成化。幾乎所有全控型器件都由許多單元胞管子并聯(lián)而成，也即一個器件是由許多子器件所集成。 （2）高頻化。從高電壓、大電流的gto到高頻率、多功能的stt，其工作頻率己從數(shù)千赫茲到數(shù)兆赫茲，這標志著電力電子技術(shù)已經(jīng)進入高頻化時代。目前，gto的工作頻率可達2khz，gtr可達5khz，功率mosfet可達數(shù)百khz,sit則可達10mhz以上。 (3)全控化。電力電子器件實現(xiàn)全控化，即自關(guān)斷，是電力電子器件在功能上的重大突破。無論是雙極型的gto、gtr、sith或單極型的mosfet、sit

5、以及混合型的igbt、mct等，都實現(xiàn)了全控化，從而避免了傳統(tǒng)電力電子器件關(guān)斷時所需的強迫換相電路。 (4)控制電路弱電化、控制技術(shù)數(shù)字化。全控型器件的高頻化促進了電力電子控制電路的弱電化。pwm電路、諧振變流電路以及高頻斬波電路，這些本來用于弱電領(lǐng)域的電路如今又成為電力電子電路的主要形式?？刂七@些電路的技術(shù)也逐步數(shù)字化。 常用逆變器基本形式有以下凡種分類方法:按照相數(shù)分類，可分為單相逆變器和三相逆變器;按照直流側(cè)電源性質(zhì)可分為電壓型逆變器和電流型逆變器;按照輸出波形可分為正弦波逆變器和非正弦波逆變器;按照輸出能量的去向可分為有源逆變和無源逆變;按照逆變器主電路的形式可以分為單端式、推挽式、半

6、橋式和全橋式逆變;按控制分類，可分為調(diào)頻式(pfm)逆變和調(diào)脈寬式(pwm)逆變。 有源逆變常用于直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的串級調(diào)速和高壓直流輸電等方面。無源逆變應用十分廣泛，在已有的各種電源中，蓄電池、太陽能電池等都是直流電源，當需要這些電源向交流負載供電時就需要通過無源逆變電路。另外工業(yè)用的變頻變壓電源、恒頻恒壓電源、感應加熱用交流電源中和空調(diào)、冰箱等家用電中也有廣泛應用。根據(jù)先進國家90年代的統(tǒng)計資料，超過60%以上的電能是經(jīng)過電力電子技術(shù)處理變換后才使用的，而逆變技術(shù)在這種變換中將起到重要的作用。在將來工業(yè)高度自動化的情況下，計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)以及以正弦波逆變?yōu)樽?/p>

7、重要部分的電力電子技術(shù)將成為最重要的技術(shù)。1.2 逆變電源的發(fā)展方向 電源系統(tǒng)是現(xiàn)代電子設(shè)備不可或缺的重要組成部分。1969年誕生的逆變電源可靠性高、穩(wěn)定性好、調(diào)節(jié)特性優(yōu)良、而且體積小、重量輕、功耗低，在電子和電氣領(lǐng)域得到了極其廣泛的應用。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)域的應用也越來越廣泛，對電源性能的要求越來越高。許多行業(yè)的用電設(shè)備都不是直接使用電網(wǎng)提供的交流電作為電源，而是通過各種形式對電網(wǎng)交流電進行交換，從而得到各自所需要的電能形式。 在電力電子技術(shù)的應用及各種電源系統(tǒng)中，逆變電源技術(shù)均處于核心地位。近年來，現(xiàn)代逆變電源技術(shù)的發(fā)展主要表

8、現(xiàn)出以下幾種趨勢:1.高頻化理論分析和實踐經(jīng)驗表明:電器產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻sdhz提高到20khz，提高400倍的話，用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的其主要材料可以節(jié)約90%甚至更高，還可以節(jié)電30%甚至更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)，原材料消耗顯著降低、電源裝置小型化、系統(tǒng)的動態(tài)反應加快，更可以深刻體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。2.模塊化模塊化有兩方面的含義，其一是功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊，含有一單元，兩單元，六單元直至七單元，包括開關(guān)器件

9、和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管，實質(zhì)上都屬于“標準”功率模塊(spm)。近年，有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也集成到功率模塊中去，構(gòu)成了“智能化”功率模塊(ipm )，不但縮小了整機的體積，更方便了整機的設(shè)計制造。有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(aspm)，它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中，使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高了系統(tǒng)的可靠性。另外，大功率的開關(guān)電源，由于器件容量的限制和增加冗余、提高可靠性方面的考慮，一般采用多個獨立的模塊電源并聯(lián)工作，采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔負載電流，一旦其中某個模塊失效，其

10、他模塊再平均分擔負載電力。這樣，不但提高了功率容量，在器件容量有限的情況下滿足了大電流輸出的要求，而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊，極大的提高系統(tǒng)可靠性，即使萬一出現(xiàn)單模塊故障，也不會影響系統(tǒng)的正常工作，而且為電源修復提供充分的時間。3.數(shù)字化現(xiàn)在數(shù)字式信號，數(shù)字電路越來越重要，數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟，顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、提高系統(tǒng)抗干擾能力、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào)、也便于自診斷，容錯等技術(shù)的植入，同時也為電源的并聯(lián)技術(shù)發(fā)展提供了方便。4.綠色化隨著各種政策法規(guī)的出臺，對無污染的綠色電源的呼聲越來越高。綠色電源的含義有兩

11、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，所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能對電網(wǎng)產(chǎn)生污染。為了使電源系統(tǒng)綠色化，電源應加裝高效濾波器，還應在電網(wǎng)輸入端采用功率因數(shù)校正技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)。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。提高功率因數(shù)的傳統(tǒng)方法是采用無源功率因數(shù)校正技術(shù)，目前較先進的方法是:單相輸入的采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)，三相輸入的采用spwm高頻整流提高功率因數(shù)。5.并機冗余技術(shù)當今對供電系統(tǒng)的要求趨勢一個是高可靠性，一個是大功率化，這兩者

12、都與電源的并聯(lián)運行控制密切相關(guān)。并聯(lián)運行主要有以下三個好處:第一:可以用來靈活的擴大逆變電源系統(tǒng)的容量:第二，可以組成并聯(lián)冗余系統(tǒng)以提高運行的可靠性;第三，具有極高的系統(tǒng)可維修性能，在逆變器出現(xiàn)故障時，可以很方便的進行熱拔更換或維修。因為，這樣的并聯(lián)運行系統(tǒng)在各種應用領(lǐng)域得到了廣泛的推廣和應用。當前，并聯(lián)控制方式一般分為集中控制、主從控制、分散邏輯控制和無線獨立控制四種方案。1.3 論文的主要內(nèi)容隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對于通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、計費系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)等一類高端用電設(shè)備日益增多，這類設(shè)備對供電電源的平穩(wěn)性、波形等質(zhì)量要求很高，本論文就是設(shè)計這樣一種新型的智能逆變電源。第一

13、章以概述的方式說明現(xiàn)代逆變電源技術(shù)發(fā)展以及現(xiàn)狀；第二章對逆變電源的基本原理和結(jié)構(gòu)進行比較相信的闡述；第三章對逆變電源的pwm的控制策略進行了介紹；第四章對設(shè)計出來的逆變電源各個部分以及控制系統(tǒng)進行了相信分析；第五章主要內(nèi)容是控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。2 逆變電源的基本原理和結(jié)構(gòu)逆變電源的構(gòu)成除了包括逆變電路和控制電路外，還要有輸入、輸出電路，輔助電路和保護電路，基本的結(jié)構(gòu)框架和關(guān)系如下。逆變電路輸入電路輸出電路輔助電路控制電路保護電路dcacvivref圖2.1 逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1 輸入電路逆變電源主回路輸入可以是直流電或者交流電。當輸入是直流電時，一般來自直流電源、蓄電池、直流發(fā)電機等等。如果

14、輸入的直流電波動較大，可以增加電容濾波電路或者通過電壓預調(diào)整電路或者穩(wěn)壓等。當輸入是交流電時，除了在交流進線側(cè)考慮emi濾波處理外，還需要整流和濾波，以獲得合適的直流電?？傊?，輸入回路的輸出是滿足一定條件的直流電。2.2 輸出回路輸出回路將逆變器變換的交流電作出進一步處理，以得到諧波量小的交流輸出。該部分電路一般由低通濾波電路組成，當輸出側(cè)有變壓器時，也可以利用變壓器的電感進行濾波。根據(jù)對逆變器輸出地性能要求，逆變器輸出有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類，當逆變系統(tǒng)是開環(huán)控制時，控制系統(tǒng)不對輸出大小進行調(diào)節(jié)，因而不需要輸出電路的反饋信號，這是其輸出可能會隨著負載或者輸入電壓的變化而變化。而閉環(huán)系統(tǒng)則需要

15、輸出電路的反饋量，根據(jù)其實際輸出大小和給定之間的誤差來實時調(diào)節(jié)，使其輸出保持穩(wěn)定。2.3 控制電路控制電路的功能是按要求調(diào)解并產(chǎn)生一系列控制脈沖來控制逆變開關(guān)管的導通和關(guān)斷，從而配合逆變的主電路完成逆變功能。逆變控制電路的形式多種多樣，從大的方面分為模擬電路和數(shù)字電路。以下給出了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖和某逆變器的數(shù)字控制電路基本框圖。后者是：數(shù)字信號輸入和模擬信號輸入指各種反饋量，以及保護、檢測量等信號，單片機檢測到各種信號后根據(jù)預先設(shè)定的程序或控制策略進行計算，然后通過數(shù)模輸出控制信號，經(jīng)放大后控制高頻電力電子電路來實現(xiàn)dc-ac變換，交流輸出經(jīng)變壓器變換后即可得到所需的交流電。vrefdc時間

16、比例控制及脈沖形成電路輸出整流濾波電路調(diào)節(jié)器逆變變壓器輸出反饋電路逆變電路acacvo圖2.2 逆變器的數(shù)字控制電路基本框圖2.4 逆變電路這部分電路時逆變電源的主體部分，主要有各種開關(guān)器件組成，用來實現(xiàn)主要的dc-ac變換。 下面是一個三相三橋臂電路的基本框圖。直流輸入vdc經(jīng)開關(guān)器件組成的橋式逆變后輸出三相交流電。該逆變電路較適用于三相對稱負荷場所。圖2.3 三相逆變電路基本框圖2.5 輔助和保護電路輔助電路包括控制系統(tǒng)所需的各種電源、顯示等電路。保護電路的主要保護功能包括：輸入過壓、欠電壓保護；輸出過載、短路保護；開關(guān)管超溫保護；完善的保護能確保逆變系統(tǒng)穩(wěn)定、安全和可靠工作的保障。2.6

17、 控制策略 有了控制電路和逆變電路，還需合適的控制策略來實現(xiàn)具體的dc-ac轉(zhuǎn)換。輸入量vi送到逆變電路后變換為輸出vo,為了保證逆變電路輸出的穩(wěn)定，降低輸出的諧波含量，一般對逆變電路中開關(guān)管進行高頻pwm控制，通過調(diào)整pwm波的占空比來進行調(diào)節(jié)輸出的大小?？刂齐娐犯鶕?jù)實際輸出量與給定參考量的誤差進行調(diào)節(jié)，控制pwm發(fā)生器的占空比，并結(jié)合保護電路對逆變電路的開關(guān)管進行控制，使輸出電壓達到參考電壓值。隨著pwm工作頻率的提高，逆變電路中的磁性元件體積會縮小，電路濾波電感和電容的參數(shù)也可以減少，因而逆變電路的功率密度會提高。在逆變電源控制系統(tǒng)中的pwm調(diào)制信號一般是由三角形載波和正弦調(diào)制波經(jīng)比較器

18、比較后產(chǎn)生的，稱為spwm調(diào)制,其中正弦調(diào)制波的大小由參考電壓vref和輸出反饋的誤差信號經(jīng)調(diào)節(jié)器運算后產(chǎn)生，驅(qū)動逆變電路的開關(guān)管工作在高頻pwm狀態(tài)。采用pwm控制技術(shù)的主要目的之一是為了解決逆變電源輸出地諧波問題，高頻pwm控制不僅可以有效地減少輸出電壓的諧波含量，而且可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。而pwm產(chǎn)生的方法也是多種多樣的，采用模擬方式來實現(xiàn)pwm控制具有電路簡單的優(yōu)點，但控制策略不容易更改，且存在諸如受參數(shù)影響大，調(diào)節(jié)比較困難和穩(wěn)定性不好等缺點。采用單片機技術(shù)實現(xiàn)pwm控制則能有效的避免模擬電路的上述缺陷，比較突出的優(yōu)點是：基于單片機控制的逆變電源在控制策略的選取、更改上有較大的

19、自由度。通過采取適當餓控制策略，能不斷提高該類逆變電源的性能，也大大延長了其生命力。3 逆變電源的pwm控制策略隨著全控型開關(guān)器件的出現(xiàn)并廣泛應用，pwm技術(shù)就成為電力電子技術(shù)中十分重要的控制策略，pwm的產(chǎn)生與實現(xiàn)方法也層出不窮。歸納起來，pwm的實現(xiàn)方法大致可以分為：載波比較法、采樣法、空間矢量法、諧波消除法等。由于采用了pem控制策略，故可以方便的調(diào)節(jié)逆變電源的輸出電壓大小，且可以以有效地減低逆變電源的輸出諧波含量。 采樣法常用語數(shù)字控制技術(shù)中，為了實現(xiàn)數(shù)字控制，必須將來內(nèi)需變化的正弦波控制信號通過采樣來離散化處理，使載波和控制波均處理成為數(shù)值量后再進行計算比較，產(chǎn)生pwm波。 采樣控制

20、理論中有一條重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在慣性環(huán)節(jié)輸入時，其輸出效果基本相同。這里所說的沖量是指窄脈沖的面積，俗稱“伏秒積”，效果基本相同是指輸出響應的波形基本相同。把輸出波形進行傅立葉變換分析，其低頻段特性非常接近，僅在高頻段有差異。這個理論是pwm控制的理論基礎(chǔ)。把一個正弦半波分成n等份，采用規(guī)則采樣法(常用的也有自然采樣法等，但規(guī)則采樣法更適用于數(shù)字控制，計算簡便)，把每一等份的正弦曲線與橫軸包圍的面積用與它面積相等的等高不等寬的矩形脈沖代替，矩形脈沖的中點與正弦波每一等份的中點重合。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，這樣的一系列矩形脈沖與正弦半波是等效的。對于正弦波的負半周，也可以

21、用同樣的方法得到pwm波形。像這樣脈沖的寬度按照正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的pwm波形，就是spwm(sinusoida pwm)控制的理論基礎(chǔ)。全橋逆變器的控制脈沖按spwm調(diào)制方式，有單極性、雙極性和單極性倍頻調(diào)制三種。(l)雙極性spem調(diào)制全橋逆變器采用雙極性pwm控制方式時，見下圖。載波為全波三角波。用正弦波與三角波進行比較，正弦波大于三角波的部分，輸出為正脈沖，小于部分輸出負脈沖。在開關(guān)切換時，負載端電壓極性非正即負，電流變化率較大，對外部干擾較強。負載端電壓脈沖列是由不同寬度調(diào)制的正負直流電壓組成。圖3.1 雙極性spem原理波形(2)單極性pwm調(diào)制采用單極性控制時，在正弦波的

22、半個周期內(nèi)，其電壓輸出幅值為單極性，在開關(guān)狀態(tài)切換時，負載端電壓先變?yōu)榱?，負載電流在零電壓卞自然續(xù)流衰減，在控制時間到時再恢復翰出直流電壓，其半周期的脈沖列是由零和正(負)直流電壓組成。該控制方式的特點是功率開關(guān)管承受的電壓應力較小，電流變化率小，功耗也要小，因此對系統(tǒng)及外部設(shè)備千擾小。(3)單極性倍頻spwm調(diào)制4 逆變電源及其控制系統(tǒng)電路分析逆變電源主電路圖如 圖4.1 逆變電源主電路原理圖由4個igbt開關(guān)器件組成全橋逆變電路，采用一片ir2110驅(qū)動芯片實現(xiàn)自舉式浮充驅(qū)動方式，結(jié)合浮充電容和快速恢復二極管，可以在一個驅(qū)動電源的條件下實現(xiàn)同一個橋臂上兩個開關(guān)管的驅(qū)動，節(jié)省驅(qū)動電源數(shù)目。逆

23、變器在開關(guān)管的消諧pwm控制下，低階諧波已經(jīng)得到了有效控制，在輸出通過一級lc低通濾波，便可以輸出較為理想的正弦波電壓。在逆變電路直流輸入側(cè)取樣電壓和電流信號送到控制電流，可以實現(xiàn)輸入過電壓、欠電壓、輸出過電流、短路等保護功能。以單片機為主的控制系統(tǒng)主要用來產(chǎn)生全橋逆變電路中開關(guān)管的驅(qū)動信號，并通過對線路電壓和電流的實時采樣來實現(xiàn)調(diào)節(jié)和保護。經(jīng)過主電路分壓獲得的逆變電路直流母線側(cè)輸入電壓信號，經(jīng)過一級有運算放大器組成的射極跟隨器后，送到窗口比較器。與設(shè)定的上下兩個窗口閾值比較，如果窗口范圍內(nèi)則電壓正常，負責輸出過電壓或欠電壓故障信號；串聯(lián)在直流母線上的電流采樣電阻，其兩端電壓送運算放大器放大和

24、抗干擾濾波處理后，與設(shè)定的過電流閾值比較，監(jiān)視逆變器的輸出或內(nèi)部電路是否過電流。上述幾種保護信號經(jīng)過邏輯處理，送到單片機的外部中斷請求輸入腳，無論何種方式引起的故障信號，均可以向單片機提出中斷請求，單片機響應中斷，通過封鎖所有開關(guān)管的驅(qū)動信號來實現(xiàn)保護，同時給出故障信號。 本實例選擇以at89c2051為主控制芯片，at80c2051控制芯片是20引腳的小型cpu，具有15根i/o線、兩個16位定時器、2kb存儲器、128bram，是一種成本低、集成程度高的mcu芯片。將逆變器輸出頻率給定值以編碼的方式輸入，cpu根據(jù)讀入的輸出頻率代碼確定應選擇的消諧pwm控制數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)部定時控制，按此規(guī)

25、定的pwm控制數(shù)據(jù)對開關(guān)器進行切換，從cpu的i/o端口逆變橋開關(guān)管的驅(qū)動信號，實現(xiàn)消諧控制。4.1 輸入濾波、整流部分 該部分電路圖如下圖所示。單相電源經(jīng)r13、濾波電容c19、共模濾波電感和共模濾波電容c10、c11后，至整流橋，其中r22和c19組成差模濾波電路，而共模濾波電感和c10、c11構(gòu)成共模濾波電路，輸出地交流電經(jīng)過r22、c19、共模濾波電感、c10、c11組成的、具有一定差模和共模抑制能力的emi濾波器。而整流部分由整流橋和濾波電容c12、c13組成。而整流橋可將交流輸入轉(zhuǎn)換為直流電壓，大電容c12、c13對直流輸出電壓進行濾波即可獲得比較平穩(wěn)的直流電壓，作為后級逆變電路的

26、輸入電壓.圖4.2 逆變電路的輸入濾波、整流部分4.2 電壓和電流反饋測量部分 電壓測量功能用作電壓分壓，及測量濾波、整流部分電路所屬出的直流電壓。電流測量部分是采樣電阻，由該電阻的壓降來反映逆變電源主回路的電流大小。電壓測量信號由bh端子給出，而電流測量信號（實際上是與電流成正比的一個輸出電壓）由端子y2和y1輸出，這些測量信號輸出到逆變電源的控制系統(tǒng)部分，為控制系統(tǒng)進行整個電路正常工作提供電壓反饋信號。4.3 電路電源部分該部分電路如下圖。電路包括電感、整流橋、濾波電容和穩(wěn)壓器件(7805)構(gòu)成線性電源。這部分電路的作用給逆變電源的數(shù)字和模擬電路提供+15v和+5v的工作電壓。圖4.3 逆

27、變系統(tǒng)的電源部分電感的作用是將經(jīng)emi濾波后的交流信號隔離傳送到整流橋，然后得到波動較大的直流電壓，經(jīng)過濾波電容c8穩(wěn)壓后得到較為穩(wěn)定的+15v直流電壓;該+15v直流電壓經(jīng)穩(wěn)壓芯片7805穩(wěn)壓，并經(jīng)過濾波電容c6 、c7整形后得到穩(wěn)定的+5v直流電壓。4.4 驅(qū)動電路驅(qū)動電路是根據(jù)控制系統(tǒng)的邏輯控制信號輸出具有足夠驅(qū)動能力的開關(guān)信號，使開關(guān)器件得到可靠的驅(qū)動信號而穩(wěn)定工作。分立的電阻、電容和二極管都是集成器件ir2110的輔助元件，采用ir2110作為驅(qū)動器件的原因還在于該芯片能實現(xiàn)自舉式浮充驅(qū)動方式，即用一個電源就能可靠驅(qū)動同一橋臂上的兩個開關(guān)器件。以下對ir2110以及其自舉式浮充驅(qū)動的

28、原理進行進行詳細介紹。（1）ir2110芯片介紹 ir2110的特點：輸出驅(qū)動隔離電壓可達500v；芯片自身的門輸入驅(qū)動范圍位10-20v；輸入端帶施密特觸發(fā)器；可實現(xiàn)兩路分立的驅(qū)動輸出，可驅(qū)動高壓高頻器件，如igbt、功率mosfet等。（2）自舉式浮充驅(qū)動的原理 根據(jù)以上對ir2110芯片的描述 這里對自舉式浮充驅(qū)動的原理說明。在下圖中，mos管v1-v4為ir2110中輸出端的4歌驅(qū)動管。一般情況下，要驅(qū)動同一橋臂的上下兩個開關(guān)管需要兩個相互隔離的電源，但使用ir2110后，只需要一個電源即可。其基本原理是：由于v1和v2是互補驅(qū)動的，即v1、v2的驅(qū)動信號與v3、v4的驅(qū)動信號是相反的

29、，這個容易做到。當給v3、v4正的驅(qū)動信號時，v3導通，v4關(guān)閉，則vcc通過v3、r2驅(qū)動v2開關(guān)管導通工作。當給v3、v4零驅(qū)動信號時，v3關(guān)斷，切斷v2的門極驅(qū)動，v4導通使v2處于關(guān)斷狀態(tài)。此時，vcc通過vd1給電容c充電，使電容c儲存足夠的電荷，為開關(guān)管v1的驅(qū)動提供足夠的驅(qū)動能量。當給v1、v2正的驅(qū)動信號時，v1導通，v關(guān)斷，c此時相當于一個電壓源，通過v1、r1驅(qū)動開關(guān)管v1導通；而當給v1、v2零驅(qū)動信號時，v1關(guān)斷、v2導通，開關(guān)管v1則關(guān)斷。當v1導通時，bus線上的主電壓會串接再電容c上，使電容c的電位達到主電路電源電壓值，該電壓必須依靠非門dn1來阻斷，因此二極管的

30、反向耐壓值高于主電路的直流母線電壓。圖4.4 ir2110的自舉式浮充驅(qū)動的原理圖由此可知，自舉電路必須在ir2110輸人信號不斷的高低電平變化中，且自舉電容反復充、放電時，才能起到正常的自舉作用，而當ir2110的輸人信號是直流電平信號時，自舉電容將不能完成電荷的儲存，即不能得到正常的充電，因此也不能為高端二極管提供驅(qū)動信號。如果不解決ir2110此功能的不足，則當電機負載實際工作在占空比為1，負載兩端電壓為零時，電機將停止工作；同時也會給功率開關(guān)管帶來很大的電流變化率，從而影響功率管的使用壽命和長期可靠性。4.5 逆變主電路該部分電路如下圖所示，主要實現(xiàn)dc-ac變換功能，電路包括：開關(guān)器

31、件v5、v8，二極管vd4-vd6、電阻r2、r3、vd8、vd10-vd12、電容c4-c6、c7、c9和主回路的電感l(wèi)2和電容c18。l2和c5是濾波電路。另外每個開關(guān)器件都與一個由二極管、電阻和電容組成的緩沖電路并聯(lián)，該緩沖電路是比較典型的rcd緩沖網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)逆變電路主開關(guān)管開關(guān)過程的緩沖。圖4.5 逆變電路控制系統(tǒng)電路原理圖逆變電源主電路中的控制信號來自控制系統(tǒng)電路，包括up和dn信號；而主電路也產(chǎn)生一些反饋信號提供給控制電路，包括信號bh，與主電路電流成正比的電壓信號y1和y2。（1）單片機部分 這部分電路是整個逆變電源的核心控制部分，包括單片機t1，晶振y1和電容c7，該部分主要根

32、據(jù)逆變電源主電路中的up和dn反饋信號來控制整個逆變電源的工作。該控制系統(tǒng)工作時，單片機由p3.0輸出地的信號作為硬件“看門狗”芯片輸入，在規(guī)定時間內(nèi)，該信號必須變化一次，才恩能夠保證“看門狗”芯片不會輸出復位信號；如果cpu因干擾或其他原因造成死機，p3.0的輸出信號將不會變化，那么看門狗芯片將產(chǎn)生復位信號，使cpu重新恢復運行。逆變電路的消諧pwm信號由p1.7輸出，經(jīng)過邏輯處理和死區(qū)延遲后，變?yōu)閮蓚€互補導通、且具有一定死區(qū)時間的驅(qū)動信號，送ir2110驅(qū)動芯片，控制逆變電路開關(guān)管的通斷。而ir2110芯片的sd位由p3.7控制，當p3.7位位“1”時，ir2110封鎖驅(qū)動，逆變開關(guān)管不工

33、作；只有在該位信號位“0”時才運行驅(qū)動信號輸出。p1.0-p3.0定義為輸入口，作為頻率編碼輸入信號。p1.4輸出經(jīng)反向后作為驅(qū)動封鎖信號，當cpu在初始復位狀態(tài)時，由于p1口為高電平，從而使 驅(qū)動信號得以封鎖，避免4個驅(qū)動信號出現(xiàn)全“1”而使開關(guān)管全導通造成的短路故障。由故障監(jiān)視電路獲得的輸入過電壓、欠電壓、輸出過電流、短路等故障經(jīng)過邏輯與后，送cpu的外部中斷請求引腳into，向單片機發(fā)生中斷申請。（2）“看門狗”部分 這部分電路包括電阻r13、r14，一級集成看門狗單元u6。max706集成了看門狗和電壓監(jiān)控功能。他的一些功能包括：1）4.40v低電壓監(jiān)控2）兼容ttl和cmos邏輯3）

34、200ms的看門狗復位脈沖信號寬度4）6s的看門狗復位時間5)電源故障或低電壓警告（3）反饋電流比較部分 這部分電路包括幾個部分，一是比例環(huán)節(jié)，該部分由集成運放u1b，電阻r1、r3、r4和電容c1，輸入信號位逆變電源主電路的y1和y2；二是比較輸出部分，該部分由電阻r5、r7，比較器u2c，電阻r2和電容c5構(gòu)成。其中電阻r5、r7構(gòu)成一個比較用的基準電壓，當輸入值超過一定門限時比較器翻轉(zhuǎn)輸出。而電阻r2和電容c5則用于穩(wěn)定輸出信號，并提高其抗干擾能力。（4）反饋電壓比較部分 這部分電路包括電容c2、集成運放u1a、比較u2a和u2b、電容c4和電阻r15-r16、電阻r17和電容c6，一級

35、與非門器件u3a和u3b。另外么電阻r6和電阻r8構(gòu)成一個比較基準電源提供給u2b，而電阻r15和r16則構(gòu)成另一個基準電源提供給u2a。該部分電路用到反饋信號bh輸入到u1a，而u1a構(gòu)成一個電壓跟隨器，使輸出比較穩(wěn)定。比較器u2a和u2b則構(gòu)成一雙門限比較電路，使信號bh無論是超過上限值還是下限值輸出都會有所反應。電容c4、電阻r9或電阻r17和電容c6的作用都是起穩(wěn)定信號的作用。與非門單元u3a和u3b則以邏輯輸出信號的驅(qū)動作用。（5）基準電源部分 這部分電路包括集成單元u4、電阻r10-r12、運放u1c。（6）輯輸出部分 5 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計整個逆變電源軟件由主程序、定時器t0中斷服

36、務(wù)程序、外部中斷程序三個部分組成。主程序的主要作用是初始化單片機的工作方式，并讀入逆變電源輸出頻率給定值編碼，但給定頻率發(fā)生變化時，其編碼也會變化，此時置頻率變化標志，便于定時器中斷服務(wù)程序能夠按新的消諧pwm開關(guān)切換角數(shù)據(jù)進行定時控制，實現(xiàn)驅(qū)動信號的切換。定時器t0中斷服務(wù)程序主要完成對開關(guān)切換角數(shù)據(jù)的定時及其相應驅(qū)動信號輸出，實現(xiàn)消諧pwm控制策略。外部中斷程序主要負責處理逆變電源的故障保護功能，當故障中斷請求發(fā)生時，單片機響應中斷并再次查詢是否有故障發(fā)生，若確認有故障，則封鎖驅(qū)動信號，并輸入故障代碼。初始化工作方式主程序置默認初始值開中斷、起動定時器工作讀入頻率編碼指令變化否？置頻率變化

37、標志看門狗信號yn圖5.1 主程序流程圖into外部中斷服務(wù)程序保護現(xiàn)場讀故障信號封鎖驅(qū)動信號故障否？恢復現(xiàn)場輸出故障代碼返回yn圖5.2 外部中斷程序流程圖to終端服務(wù)程序保護現(xiàn)場輸出驅(qū)動信號關(guān)定時器切換次數(shù)完成否？頻率幻化標志=1重置數(shù)據(jù)指針初值更新消諧pwm開關(guān)數(shù)據(jù)取定時初值送t0起動定時恢復現(xiàn)場清頻率變化標志返回數(shù)據(jù)指針加1yynn圖5.3 定時器t0中斷程序流程圖要求逆變器的輸出頻率能無級調(diào)節(jié)時，需要提供的開關(guān)角數(shù)據(jù)表很大，這正是離線式消諧pwm控制方法的主要缺點。程序清單如下：freq equ 20h;timeh equ 21h;timel equ 22h;times equ 23

38、h;pnth equ 24h;pntl equ 25h; org 0000h sjmp begin org 0003h ajmp int0; org 000bh ajmp t0_int; org 0030hbegin: mov sp, #30h; mov tmod, #11h;mov tcon, #05h;mov ip, #01h;mov ie, #83h;mov freq, #01h;mov dptr,#hdata;mov pnth,dph;mov pntl,dplmov a, #0movc a,a+dptr;mov times,a;setb p1.7;mov r7,#1;mov tl0,#

39、0ffh;mov th0,#0ffhclr p3.7;setb p3.0;nopclr p3.0loop: mov a,pi;anl a,#01h;mov r0,a;xrl a,freq;jz exit;jnb p1.4,exit;clr tr0;clr p1.4;mov freq,r0;cjne r0,#1,low_f;mov dptr,#hdata;sjmp nextlow_f: mov dptr,#ldata;next: mov pnth,dph;mov pntl,dplmov a,#0movc a,a+dptr;mov times,asetb p1.7mov r7,#1;mov tl0

40、,#0ffhmov th0,#0ffhsetb p1.4;exit: setb p3.0;nopclr p3.0setb tr0sjmp loop;org 0200hinto: push pswsetb p3.7clr p1.4;pop pswreti;org 0210ht0_int: push pswpush acccpl p1.7;clr tr0;mov a,#1movc a,a+dptr;mov tl0,ainc dptr;mov a,#1movc a,a+dptr;mov th0,ainc dptr;mov a,r7cjne a,times,cnt;mov r7,#0;mov dph,

41、pnth;mov dpl,pntlcnt: inc r7;setb tr0;pop accpop pswretihdata:db 71,69h,0ffh,5fh, 0ffh,74h, 0ffh,54h, 0ffhdb 7eh, 0ffh,4ah, 0ffh,89h, 0ffh,3fh, 0ffhdb 93h, 0ffh,35h, 0ffh,9dh, 0ffh,2bh, 0ffhdb 0a7h, 0ffh,21h, 0ffh,0b1h, 0ffh,18h, 0ffhdb 0bah, 0ffh,0eh, 0ffh,0c3h, 0ffh,05h, 0ffhdb 0cch, 0ffh,0fdh,0fe

42、h,0d4h, 0ffh,0f4h,0fehdb 0dch, 0ffh,0ech,0feh,0eah, 0ffh,0e5h,0fehdb 0ebh, 0ffh,0deh,0feh,0f2h, 0ffh,0d7h,0fehdb 0f8h, 0ffh,0d1h,0feh,0fdh, 0ffhdb 0bfh,0eahdb 0fdh, 0ffh,0d1h,0feh,0f8h, 0ffhdb 0d7h,0feh,0f2h, 0ffh,0deh,0feh,0ebh, 0ffhdb 0e5h,0feh,0e4h, 0ffh,0ech,0feh,0dch, 0ffhdb 0f4h,0feh,0d4h, 0ff

43、h,0fdh,0feh,0cch, 0ffhdb 05h, 0ffh,0c3h, 0ffh,0eh, 0ffh,0bah, 0ffhdb 18h, 0ffh,0b1h, 0ffh,21h, 0ffh,0a7h, 0ffhdb 2bh, 0ffh,0b1h, 0ffh,35h, 0ffh,93h, 0ffhdb 3fh, 0ffh89h, 0ffh,4ah, 0ffh,7eh, 0ffhdb 54h, 0ffh,74h, 0ffh,5fh, 0ffh,69h, 0ffhldata:db 115,4ah,0ffh,42h, 0ffh,51h, 0ffh3ah, 0ffh;db 059h, 0ffh

44、,032h, 0ffh,061h, 0ffh,02ah, 0ffhdb 069h, 0ffh,022h, 0ffh,071h, 0ffh,01bh, 0ffhdb 0d7h, 0ffh,0b4h, 0ffh,0ddh, 0ffh,0afh, 0ffhdb 0e2h, 0ffh,0a9h, 0ffh,0e7h, 0ffh,092h,0fehdb 0fdh, 0ffh,0ah, 0ffh,0f4h,0fdh, 0ffhdb 092h,0feh,0f9h, 0ffh,097h,0feh,0ech, 0ffhdb 09bh,0feh,0f1h, 0ffh,0a0h,0feh,0ech, 0ffhdb

45、0a4h,0feh,0e7h, 0ffh,0a9h,0feh,0e2h, 0ffhdb 0afh,0feh,0ddh, 0ffh,0b4h,0feh,0d7h, 0ffhdb 0bah,0feh,0d2h, 0ffh,0c0h,0feh,0cch, 0ffhdb 0c6h,0feh,0c6h, 0ffh,0cch,0feh,0bfh, 0ffhdb 0d3h,0feh,0b9h, 0ffh,0d9h,0feh,0b2h, 0ffhdb 0e0h,0feh,0abh, 0ffh,0e7h,0feh,0a4h, 0ffhdb 0eeh,0feh,09dh, 0ffh,0f5h,0feh,096h, 0ffhdb 0fch,0feh,08fh, 0ffh,004h,0feh,087h, 0ffhdb 00bh,0feh,080h, 0ffh,013h,0feh,078h, 0ffhdb 01bh, 0ffh,071h, 0ffh,022h, 0ffh,069h, 0ffhdb 02ah, 0ffh,061h, 0ffh,0