小功率逆變畢業(yè)設(shè)計(jì)教材

1、1緒論1.1研究背景及意義逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)、 控制技術(shù)進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換的電力裝置，它可將輸 入的12V或24V等直流電轉(zhuǎn)換成220V/50HZ交流電或其它類型的交流電，它輸出的交流 電可用于各類設(shè)備，最大限度地滿足移動(dòng)供電場(chǎng)所或無電地區(qū)用戶對(duì)交流電源的需要。目前世界各國電源標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一， 各種新興的能源形式也不斷出現(xiàn)，逆變電源有著 廣泛的用途，它可用于各類交通工具，如汽車、各類艦船以及飛行器，在太陽能及風(fēng)能 發(fā)電領(lǐng)域，逆變電源有著不可替代的作用。有了逆變電源，就可利用直流電（蓄電池、開關(guān)電源、燃料電池等）轉(zhuǎn)換成交流電為電器提供穩(wěn)定可靠得用電保障，如筆記本電腦、手機(jī)、手持PC數(shù)碼相機(jī)以

2、及各類儀器等、小型逆變電源還可利用汽車、輪船、便攜 供電設(shè)備，在野外提供交流電源。逆變電源的研制將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。逆變技術(shù)的原理早在1931年就有人研究過。從1948年美國西屋電氣公司研制出第 一臺(tái)3kHZ感應(yīng)加熱逆變器至今已有近 60年歷史了，而晶閘管SCR勺誕生為正弦波逆變 器的發(fā)展創(chuàng)造了條件，到了 20世紀(jì)70年代，可關(guān)斷晶閘管（GTO）電力晶閘管（BJT） 的問世使得逆變技術(shù)得到發(fā)展應(yīng)用。 到了 20世紀(jì)80年代，功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET絕緣 柵極晶體管（IGBT）、MOS控制晶閘管（MCT）以及靜電感應(yīng)功率器件的誕生為逆變器向大 容量方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，因此電力電子器

3、件的發(fā)展為逆變技術(shù)高頻化、大容量化創(chuàng)造 了條件。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，逆變技術(shù)開始從應(yīng)用低速器件、低開關(guān)頻率逐漸向采 用高速器件、提高開關(guān)頻率的方向發(fā)展，使逆變器體積進(jìn)一步減小，效率進(jìn)一步提高， 正弦波逆變器的品質(zhì)指標(biāo)也得到很大提高。而微電子技術(shù)的發(fā)展又為逆變技術(shù)的實(shí)用化建立了很好的平臺(tái)，傳統(tǒng)的逆變器需要通過許多的分立元件或模擬集成電路加以完成。隨著逆變技術(shù)復(fù)雜程度的增加，所需處理的信息量越來越大，而微處理器的誕生正好滿足了逆變技術(shù)的發(fā)展要求，從8位的帶有PWM口的微處理器到單片機(jī)，發(fā)展到今天的 32位DSP器件，使先進(jìn)的控制技術(shù)如矢 量控制技術(shù)、模糊控制等在逆變領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用。總之，逆

4、變技術(shù)的發(fā)展是隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展而 發(fā)展的，進(jìn)入21世紀(jì)，逆變技術(shù)正向著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的 方向發(fā)展。而逆變電源是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分， 逆變電源的性質(zhì)決定了光伏 發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的質(zhì)量。隨著逆變電源的類型的增多和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，使得光 伏發(fā)電系統(tǒng)可以應(yīng)用到與國民生產(chǎn)和日常生活相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域。1.2國內(nèi)研究水平以及發(fā)展趨勢(shì)近年來，現(xiàn)代逆變技術(shù)主要朝著高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化以及并機(jī)技術(shù)的趨勢(shì)發(fā)展。而目前我國國內(nèi)的逆變電源按變換方式主要采用工頻變換。工頻變換逆變電源是先產(chǎn)生50HZ交流信號(hào)，然后利用工頻升壓器產(chǎn)生220V交流電

5、。這種逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，工作可靠，但這種逆變器體積大、笨重、噪音大、價(jià)格高、效率方面也有待進(jìn)一步 提高。高頻變換逆變電源是通過高頻 DC-DC變換技術(shù)，先將低壓直流變?yōu)楦哳l低壓直流， 經(jīng)過高頻變壓器升壓后再整流成高壓直流，對(duì)其再進(jìn)行正弦變換，即可得到220V/ 50Hz正弦波交流電。雖然這種逆變器控制環(huán)節(jié)較多，電路復(fù)雜，但是因?yàn)椴捎昧烁哳l變換， 因而體積小、重量輕、噪音小、效率高，是目前可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中首選產(chǎn)品。1.3論文主要研究的的內(nèi)容以及目標(biāo)本課題主要是研究逆變系統(tǒng)，通過設(shè)計(jì)一個(gè)單相有源逆變電源即給定輸入的直流電 轉(zhuǎn)化為能帶動(dòng)額定負(fù)載的交流電輸出，并以此為基礎(chǔ)利用Matlab與DSP昆

6、合編程研究逆變電源的仿真，并將做出相應(yīng)的參數(shù)辨別曲線，做出估算及計(jì)算精度，最后運(yùn)用 Protues給出原理圖。主要涉及到的問題包括以下幾個(gè)方面：1、確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)；2、建立逆變電源主要部件的數(shù)學(xué)模型；3、如何實(shí)現(xiàn)逆變系統(tǒng)的PWMI制；4、了解Matlab與Simulink軟件的使用方法、編程以及仿真方法；5、用Matlab對(duì)逆變系統(tǒng)進(jìn)行仿真；6、用Protues給出系統(tǒng)原理圖2獨(dú)立逆變電源的系統(tǒng)分析逆變技術(shù)是在電力電子技術(shù)中最主要、最核心的技術(shù)，它主要應(yīng)用于各種逆變電源、 變頻電源、開關(guān)電源、UPS電源、交流穩(wěn)壓電源、電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償、電力有源濾波 器、變頻調(diào)整器、電動(dòng)汽車、電氣火車、燃

7、料電池靜置式發(fā)電站等。本章將對(duì)獨(dú)立逆變 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和比較，對(duì)獨(dú)立逆變電源的控制和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和簡(jiǎn)化并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)整定。2.1逆變技術(shù)的分類現(xiàn)代的逆變技術(shù)種類很多，可以按照不同的形式進(jìn)行分類，主要有如下幾種：1、 按逆變器輸出交流的頻率，可分為工頻逆變 （5060Hz ）、中頻逆變（400Hz到十 幾KHz）、高頻逆變（十幾KHz到幾MHzK2、按逆變器輸出的相數(shù)，可分為單相逆變、三相逆變和多相逆變。3、按輸出能量的去向，可分為有源逆變和無源逆變。4、按逆變主電路的形式，可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變。5、按逆變主開關(guān)器件的類型，可分為晶閘管逆變、晶體管逆變、場(chǎng)效應(yīng)管逆變、

8、IGBT逆變等等。&按輸出穩(wěn)定的參量，可分為電壓型逆變和電流型逆變。7、按輸出電壓或電流的波形，可分為正弦波輸出逆變和非正弦波輸出逆變。8、按控制方式，可分為調(diào)頻式（PFM）逆變和調(diào)脈寬式（PWM逆變。9、按逆變開關(guān)電路的工作方式，可分為諧振式逆變、定頻硬開關(guān)式逆變和定頻軟 開關(guān)式逆變。2.2獨(dú)立逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的比較目前常見的逆變系統(tǒng)結(jié)果主要有一下三種：2.2.1工頻變壓器形式電路即單結(jié)構(gòu)（DC-AC,如圖2-1所示，先將電流電壓轉(zhuǎn)換成有效值相同的交流電壓， 再由工頻變壓器將所得的交流電壓升到預(yù)期的額定交流電壓（比如220V）工頻變壓器形式電路的工作效率一般可以達(dá)到 90%上，可靠性高、抗輸出短

9、路的能力強(qiáng)。但是采 用工頻變壓器造成體積龐大，所以質(zhì)量較大，價(jià)格也比較昂貴，而且響應(yīng)速度慢、波形 畸變嚴(yán)重、帶非線性負(fù)載的能力比較差。圖2-1工頻變壓器形式222高頻變壓器形式電路即三級(jí)結(jié)構(gòu)（DC-AC-DC-AC,如圖2-2所示，主電路分為高頻升壓部分和工頻逆變 部分，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。（1）高頻升壓部分（DC-AC-D）首先將直流電壓逆變成有效值相同的高頻交流電 壓，然后經(jīng)過高頻變壓器升壓，再整流濾波可以得到一個(gè)穩(wěn)定的高壓直流電壓。（2） 工頻逆變部分（DC-AC:濾波得到的高壓直流電壓經(jīng)過工頻逆變電路得到220V 或者380V的交流電壓。此系統(tǒng)的逆變效率一般可以達(dá)到 90鳩上，由于采用了高頻

10、變壓器，使系統(tǒng)的體積、 重量、噪聲等都明顯減小，但是該電路也相對(duì)比較復(fù)雜。直流升壓DC-DC環(huán)節(jié)蓄電池圖2-2高頻變壓器形式: 逆變DC-AC環(huán)節(jié) : :;I2.2.3無變壓形式電路即兩級(jí)結(jié)構(gòu)（DC-DC-AC，如圖2-3所示，將直流電壓經(jīng)過非隔離變化后得到高壓 直流電壓，再通過工頻逆變得到交流電壓。由于不采用變壓器進(jìn)行輸入和輸出的隔離， 所以系統(tǒng)體積小、重量輕、效率高、成本低而且系統(tǒng)也不復(fù)雜。但是由于沒有進(jìn)行隔離,所以存在許多不安全因素，為了進(jìn)行保護(hù)和防止干擾，必須采取許多防護(hù)措施圖2-3無變壓器形式由于本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)逆變電源進(jìn)行仿真，綜合比較上述方案，本設(shè)計(jì)最終將采用無變壓器形式的主電

11、路方案，設(shè)計(jì)中分為升壓環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)。2.3獨(dú)立逆變系統(tǒng)升壓環(huán)節(jié)的比較和分析本設(shè)計(jì)中，逆變器的輸入為24V直流電壓，而其輸出則要求為穩(wěn)定的 220V交流電 壓，所以系統(tǒng)中必須有升壓變壓器。升壓環(huán)節(jié)實(shí)際上是DC-DC開關(guān)電源，由于DC-DC變換器的結(jié)構(gòu)非常多，本文只介紹 其中幾種常見的結(jié)構(gòu)電路：2.3.1 正激式如圖2-4(a)所示，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在變壓器繞組中增加一個(gè)去磁繞組便可實(shí)現(xiàn)去磁效果，是中小功率變壓器常用的設(shè)計(jì)方案，但是該電路變壓器鐵心單向磁化，利用率比較低，主功率管承受兩倍的輸入電壓，只能適合低壓輸入電路。2.3.2反激式如圖2-4(b)所示，該電路的形式與正激式變換器相似，主功率

12、管承受的電壓相同， 但是變壓器的接法卻不相同。而從輸出端看，反激式電路可以看做一個(gè)電流源，所以不能開路。圖 2-4(a)正激式變換2.3.3半橋式圖 2-4(b)反激式變換如圖2-5(a)所示，變壓器鐵芯不存在直流偏磁現(xiàn)象，變壓器在兩象限工作，功率 管只承受電源電壓，所以該電路適合用于高壓中功率場(chǎng)合。2.3.4全橋式如圖2-5(b)所示，變壓器鐵芯利用率高，容易采用軟開關(guān)工作方式，功率管也只 承受電源電壓，但是功率器件相對(duì)比較多，而且存在直通現(xiàn)象，適合用于大功率場(chǎng)所。圖 2-5(a)半橋式變換圖 2-5(b)全橋式變換2.3.5推挽變換如圖2-6所示，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，完全可以看作是有兩個(gè)對(duì)稱的單

13、端正激式變換器組 成的，所以變壓器鐵芯是雙向磁化的，在相同的鐵芯尺寸下，推挽電路可以比正激式電路輸出更大的功率。但是如果該電路不能嚴(yán)格對(duì)稱的話， 鐵芯就非常容易引起直流偏磁 飽和，而且偏壓器原邊存在漏感，所以主功率管必須承受超過兩倍的電源電壓，因此適合用于低壓大電流場(chǎng)合。圖2-6推挽變換2.3.6直流升壓斬波電路如圖2-7所示，該電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，控制方式簡(jiǎn)單，而且用直流斬波器代替變阻 器可節(jié)約電能30%左右，所以直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用（開關(guān)電源），同時(shí)還能起 到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。圖2-7 直流升壓斬波電路綜合比較上述方案，本設(shè)計(jì)最終決定采用直流升壓斬波電路作為升壓環(huán)節(jié)

14、的主電 路，下面就簡(jiǎn)要的分析一下該直流升壓斬波電路的工作方式。如圖2-7所示，升壓斬波電路中的開關(guān)器件可以根據(jù)具體的應(yīng)用需要來選擇，其中二極管VD可以防止電容C通過電源放電。該電路的工作過程可以分為三種模式，其等 效電路如圖2-8所示。當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，該電路工作在模式 1和模式2;當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)， 電路工作于模式1、模式2和模式3。模式1(b) 模式2(c)模式3圖2-8升壓斬波電路等效電路當(dāng)電流連續(xù)工作時(shí)，升壓斬波電路的主要工作波形如圖 2-9(a)所示，設(shè)在t= to時(shí) 刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，在ton時(shí)間內(nèi)，電路工作在模式1,開關(guān)器件V導(dǎo)通時(shí)間為ton，電路等效 為兩個(gè)回路，在直流側(cè)，電感 L中的電流

15、按指數(shù)上升，由IL1 上升到IL2，此時(shí)開關(guān)器件 V的電壓為0V，所以電感電壓就為電源電壓，又因此時(shí)的二極管VD截止，即電流為0A, 直流電源的能量將全部儲(chǔ)存在電感 L中，負(fù)載上的電流由電容 C放電來維持恒定。在t1時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V關(guān)斷，電路工作方式為模式2,此時(shí)電源和電感儲(chǔ)能釋放，同時(shí)向 電容和負(fù)載供電。有U。二回 如2，其中成為升壓比，升壓比的倒數(shù)記作和 tofftoff的關(guān)系可以表示為： + 1 =1,所以上面公式整理后又可以表示為：Uo二丄UsUs(P 1 -a其中，占空比:1,可見電路的輸出平均電壓uo大于輸入直流電源電壓Us，即該斬波 電路具有升壓功能，符合設(shè)計(jì)要求。(a)(b)圖2-9

16、升壓斬波電路的主要工作波形(a) 電流連續(xù)時(shí)主要波形(b)電流斷續(xù)時(shí)主要波形2.4獨(dú)立逆變系統(tǒng)逆變環(huán)節(jié)的比較和分析在單相逆變電路中，常用到的逆變電路主要有推挽式逆變電路、板橋逆變電路、全橋逆變電路三種，下面對(duì)這三種逆變電路進(jìn)行分析比較， 并最終選出符合本設(shè)計(jì)的單相 逆變單元。2.4.1推挽式逆變電路如圖2-10所示，推挽電路的工作是由兩路相位相反的驅(qū)動(dòng)脈沖分別加到逆變開關(guān) 管Q1、Q2的基極，控制它們交替斷通，使輸入直流電壓變換成高頻的方波交流電壓從 變壓器輸出。當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)，Q1截止，輸入電壓Vd加在變壓器的原邊繞組上，由于變壓 器有兩個(gè)匝數(shù)相同的Ni繞組，所以在Q2上將施加兩倍的電源電壓(

17、即2Vd)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈 沖結(jié)束后，即在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，兩只開關(guān)管都截止且端電壓都為 Vd。同理，當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)， Q2截止，在Q1上施加兩倍的電源電壓。圖2-10推挽式逆變電路242半橋逆變電路該電路的結(jié)構(gòu)如圖2-11所示，它有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由一個(gè)可控元件和一個(gè)反 并聯(lián)二極管組成，在它的直流側(cè)接有兩個(gè)足夠大的互相串聯(lián)的電容，使得兩個(gè)電容的聯(lián)接點(diǎn)成為直流電源的中點(diǎn)。開關(guān)器件Q1、Q2的柵極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)都是半周期正偏半周期反偏而且互補(bǔ)。當(dāng)Q1導(dǎo)通、Q2截止時(shí)，輸出電流i。和途中所示的方向相同，當(dāng) Q2導(dǎo)通、Q1截止時(shí)， 輸出電流io和圖中所示方向相反。所以輸出電流的方向反映了實(shí)際導(dǎo)通的開關(guān)器件是Q

18、1還是Q2半橋逆變電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電路中的功率開關(guān)器件比較少，但是主電路的交流輸出電 壓幅值僅僅為Ui/2，所以在同等容量條件下它的功率開關(guān)額定電流是全橋逆變電路中 功率開關(guān)器件的額定電流的兩倍。由于半橋電路中的分壓電容作用， 使該電路具有較強(qiáng) 的抗電壓輸出不平衡的能力，同時(shí)半橋逆變電路的控制比較簡(jiǎn)單，而且使用的器件少、 成本低，因此在小功率的逆變電路中使用比較廣泛。.G A ggQQr-圖2-11半橋逆變電路2.4.3全橋逆變電路電路結(jié)構(gòu)如圖2-12所示，該電路是單相全橋逆變電路，可以看作是由兩個(gè)半橋逆 變電路組成的。在單相電壓型逆變電路中是應(yīng)用得最多的電路，而且主要應(yīng)用于大容量場(chǎng)合。在相同的

19、直流輸入電壓情況下，全橋逆變電路的最大輸出電壓是半橋逆變電路的 兩倍，這意味著輸出功率相同時(shí)，全橋逆變電路的輸出電流和通過開關(guān)器件的電流均是 半橋逆變電路的一半，在大功率場(chǎng)合中，這是一個(gè)非常顯著的優(yōu)點(diǎn)，可以減少電路所需并聯(lián)的器件數(shù)量。由于本設(shè)計(jì)的對(duì)象是單相逆變電源，所以綜合分析比較上述三個(gè)方案后，最終選取單相全橋逆變作為逆變環(huán)節(jié)的主電路，下面將簡(jiǎn)單的介紹單相全橋逆變電路的工作方式 以及主要波形。如圖2-12所示，單相全橋逆變電路可以看作是由兩個(gè)半橋逆變電路組成的，橋臂1、4和橋臂2、3各成一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通180。，其輸出電壓Uo的波形和半橋電路的Uo波形形狀相同，也

20、是矩形波，但其幅值高出一倍，Um = Ud。在直流電壓和負(fù)載都相同的情況下， 輸出的電流io的波形也和半橋電路中io的 形狀相同，而幅值增加一倍。全橋逆變電路是單相逆變電路中應(yīng)用最多的電路，下面對(duì)其電壓波形做定量分析。 把幅值為Ud的矩形波U0展開，形成傅里葉級(jí)數(shù)：11U。=4Ud/ (si nt si n t si n t (2-1)35式中，基波的幅值Uolm和基波的有效值Uol分別為：Uom =4Ud/： ： 1.27Ud(2-2)Uoi =2、. 25/二：0.9Ud(2-3)上述公式對(duì)于半橋電路也是適用的，只是式中的Ud要換成Ud/2。前面分析的uo波形都是正負(fù)電壓各180的矩形波情

21、況，在這種情況下，要改變輸 出電壓的有效值，只能通過改變直流電壓來實(shí)現(xiàn)。在阻感負(fù)載時(shí)，還可以采用移相方式來調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓， 這種方式成為移 相調(diào)壓。其波形如圖2-13所示，這里所說的移相調(diào)壓其實(shí)就是調(diào)節(jié)輸出電壓矩形波 (脈 沖)的寬度，具體做法是，柵極信號(hào) UG1、UG2互補(bǔ)，UG3、UG4互補(bǔ)，而且仍為180正偏、180反偏。但是UG1與UG4、UG2與UG3的相位不同，錯(cuò)開二角度，即調(diào)節(jié)UG3落 后UG1的角度從180較少為二角(0二180 )，調(diào)節(jié)UG4落后UG2的角度也從180較 少為二角。也就是說，輸出電壓u0的波形不再是正負(fù)各180的矩形波，而是正負(fù)各位 ，的矩形波。A0O

22、A圖2-13單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓波形圖2.5逆變電路控制方案的分析和比較在逆變電路系統(tǒng)中，逆變電路的性能很大程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能和效率，隨著逆變發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣，人們對(duì)逆變電路輸出的電壓質(zhì)量的要求也越來越高， 人們不僅要求逆變電路的輸出電壓穩(wěn)定和工作可靠，而且還要求其輸出電壓的正弦度 高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快等。逆變電路要實(shí)現(xiàn)輸出純正的正弦波，其控制方案的實(shí)現(xiàn)通常分為模擬控制和數(shù)字控 制，具體的控制方案有以下幾種：2.5.1模擬控制控制脈沖的生成、控制算法的實(shí)現(xiàn)全部由模擬器件完成。其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)非常成熟，有很多的實(shí)例可以參考，但是它也存在很多的固有缺點(diǎn)：控制器的元件比較多，電路復(fù)雜，

23、所占的體積較大而且靈活性不夠，一旦硬件電路設(shè)計(jì)好了之后，控制策略就無法再第12頁共34頁改變，調(diào)試很不方便。由于所采用的器件特性存在差異，致使電源的一致性較差，而且 模擬器件工作點(diǎn)的漂移導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)漂移。所以逆變電源數(shù)字化控制是發(fā)展的趨勢(shì)，是現(xiàn)代逆變電源研究的一個(gè)熱點(diǎn)。2.5.2由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制為了改善系統(tǒng)的控制的性能，通過A/D轉(zhuǎn)換器將微處理器與系統(tǒng)相連，在位處理器 中實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制算法，然后通過輸入、輸出口或者脈寬調(diào)制口(PWM發(fā)出開關(guān)控制信號(hào)， 微處理器還能將采集的功率轉(zhuǎn)換裝置工作數(shù)據(jù)顯示或傳送到計(jì)算機(jī)保存。一些控制之中所用到的參數(shù)值可以儲(chǔ)存在微處理器的儲(chǔ)存器中，并對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，

24、微處理器的使用在很大程度上提高了電路系統(tǒng)的性能，但是，由于微處理器運(yùn)算速度的限制，在許多情況下，這種微處理器輔助的電路系統(tǒng)然要用到運(yùn)算放大器等模擬控制器件。2.6獨(dú)立逆變系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)的分析本設(shè)計(jì)要求經(jīng)升壓、逆變之后輸出穩(wěn)定的額定電壓，但是由于經(jīng)過逆變電路輸出的 瞬時(shí)電壓并不穩(wěn)定，所以就必須在該獨(dú)立逆變系統(tǒng)中增加一個(gè)電壓的 PI反饋環(huán)節(jié)使該 系統(tǒng)變成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，以滿足設(shè)計(jì)的要求。采用模擬或數(shù)字控制方式對(duì)生產(chǎn)過程的某參數(shù)進(jìn)行的自動(dòng)控制成為過程控制，如圖2-14所示為一簡(jiǎn)單的PI反饋控制回路，傳感器或變送器檢測(cè)被控制量的值與給定值進(jìn) 行比較得到偏差量，然后調(diào)節(jié)器按照一定的控制規(guī)律使操作變量變化，

25、以使偏差趨近于零，再通過執(zhí)行器控制于過程，使輸出最終滿足設(shè)計(jì)的要求。操作變量圖2-14簡(jiǎn)單的PI反饋控制回路PI調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：1D(s) =U(s)/E(s) = Kp(1)(2-4)TiSPI調(diào)節(jié)器根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差e(t)=r(t)-c(t),并將該偏差的比例(P)、積分(I)通過線性組合構(gòu)成控制量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的控制， 其控 制規(guī)律為：1 tu(t) = Kpe(t)0e(t)dt(2-5)T iPI控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-15所示，PI調(diào)節(jié)器的各校正環(huán)節(jié)的作用是：1、比例 環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，

26、調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用 以減小偏差。2、積分環(huán)節(jié)最主要用于消除偏差，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而積分作用的 強(qiáng)弱則取決于積分時(shí)間常數(shù)的大小，時(shí)間常數(shù)越大，則積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。圖2-15 PI控制系統(tǒng)原理框圖3 PWM空制技術(shù)原理及 SPW波的生成PWMI制技術(shù)實(shí)際上就是斬波控制技術(shù)，就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即是通 過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效獲得所需要的波形 (如正弦波、頻率和幅值)。 PWM空制技術(shù)涉及調(diào)制法和控制法兩方面內(nèi)容：就調(diào)制法而言，有單脈沖調(diào)制和多脈沖 調(diào)制；有同步調(diào)制、異步調(diào)制和分段同步調(diào)制；還有單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制三大類。 而就控制法而言，則有等脈寬 PWI法

27、、正弦波PWWfe、磁鏈跟蹤PWI法和電流跟蹤PWM 法四大類。它在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深刻?，F(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路，幾乎都是PWI型逆變電路。所以在設(shè)計(jì)逆變電路時(shí)，就必須了解并掌 握PWM控制技術(shù)及SPW波的產(chǎn)生方法。3.1 PWM控制的基本原理面積等效原理是PWI控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，即在采樣控制中，沖量相等而形狀 不同的窄脈沖加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。其中，沖量指的是窄脈第14頁共34頁沖的面積；效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如圖3-1(a)、(b)、(c)、(d)所示，三個(gè)窄脈沖形狀不同，但是它們的面積都等于1,當(dāng)它們分別加

28、在如圖3-1(e) 所示的R-L電路上時(shí)，并設(shè)其電流i(t)為電路的輸出，則其輸出響應(yīng)波形基本相同且 如圖3-1(f)所示。f伸1. J0f o(0t(a)(b)(c)(d)(e)圖3-1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖及響應(yīng)波形3.2 SPWM的控制模式及其實(shí)現(xiàn)脈沖幅值相等而脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而正弦波等效的PWM波稱為SPWM(s in usoidal PWM波形。3.2.1 SPWM法的基本原理如圖3-2所示，把正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N個(gè)彼此相連 的脈沖序列所組成的波形，這些脈沖寬度都等于二/N，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是按正弦規(guī)律變化的曲線。如果把這

29、些脈沖序列用相同數(shù)量的等幅值而不 等寬的矩形脈沖來代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)的正弦波部分中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積相等，則可得圖3-2所示的矩形脈沖序列，這就是 SPW波圖3-2用PWM波來代替正弦半波3.2.2規(guī)則采樣法生成SPW波SPWM勺控制就是根據(jù)三角載波與正弦調(diào)制波的交點(diǎn)來確定逆變器功率開關(guān)器件的通斷時(shí)刻。規(guī)則采樣法由經(jīng)過采樣的正弦波與三角波相交，并由交點(diǎn)得出脈沖寬度。該方法只在三角波的頂點(diǎn)或者底點(diǎn)位置對(duì)正弦波采樣而形成階梯波，其原理如圖3-3所示。圖3-3規(guī)則采樣法生成SPWM波的原理圖假設(shè)三角波的幅值為1,正弦函數(shù)為ur =Msint，M為調(diào)制度且0Muc時(shí)，

30、使V4導(dǎo)、V3關(guān)斷， uo=Ud。當(dāng) ur uc 時(shí)，使 V3 關(guān)斷、V4 導(dǎo)通，uo=0。- 5圖3-5單極性PWM控制方式波形3.3.2雙極性PWM控制方式如圖3-6所示，在調(diào)制信號(hào)ur和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)的時(shí)刻控制各個(gè)開關(guān)器件的通 斷。a）在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得的PWM波也有正有負(fù)，在ur的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWI波只有土 Ud兩種電平。b）在ur的正負(fù)半周，對(duì)各個(gè)開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。當(dāng) uruc時(shí)，V1和V4導(dǎo)通,Ud。V2和V3關(guān)斷，這時(shí)如果io0,則V1和V4導(dǎo)通，如果io0,則VD1和VD4導(dǎo)通，但不 管那種情況都是uo = Ud。當(dāng)urvuc時(shí)，V2和

31、V3導(dǎo)通，V1和V4關(guān)斷，這時(shí)如果io0,則VD2和VD3導(dǎo)通，但是不管哪種情況都是 uo=-圖3-6雙極性PWM控制方式波形4單相逆變電源的Matlab仿真為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)好的獨(dú)立逆變系統(tǒng)是否符合設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，這就要求對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)、分析、比較，若是做出實(shí)物后再進(jìn)行檢測(cè)，則相對(duì)比較麻煩，而在MATLAB軟件中，只要將設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行模擬后卻完全可以實(shí)現(xiàn)仿真，這樣不僅相對(duì)容易，而且也快捷、方便、直觀明了。4.1 MATLAB的簡(jiǎn)稱MATLAB!矩陣實(shí)驗(yàn)室(Matrix Laboratory )的簡(jiǎn)稱，是美國 MathWorks公司出品 的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以

32、及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算 語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLA和口 Simulink兩大部分。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、 科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使 用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提 供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言(如C、Fortran )的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLABS Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。它可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用 戶界面、連

33、接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通 信、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB勺基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLA來解算問題要比用C FORTRA等語言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多， 并且MATLA也吸收了像Maple等軟 件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLA成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì) C FORTRAN C+和JAVA的支持。用戶可以直接調(diào)用，也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLA愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用 戶可以直接進(jìn)行下載就可以用

34、。4.2 Simuli nk 的簡(jiǎn)介Simulink是MATLA最重要的組件之一，它提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)建模、仿真和綜合分析 的集成環(huán)境，在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，只需要通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，便可 以構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simuli nk具有適用性廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰、仿真精細(xì)、貼近實(shí) 際、效率高和靈活等特點(diǎn)，并且已廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真及設(shè)計(jì)中。此外，大量的第三方軟件和硬件可以應(yīng)用于或者被要求應(yīng)用于Simulink系統(tǒng)。Simulink是MATLAB的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB勺框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非

35、線性 系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simuli nk可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間來進(jìn)行建模，為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simuli nk提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI)，這個(gè)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)過程只需要單擊和拖動(dòng) 鼠標(biāo)操作就可以完成，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果，所以，它為用戶提供了一種更加快捷、直觀明了的方式。此外，Simulink還具有豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫、交互式的圖形編輯器來組 合和管理直觀的模塊圖，并以設(shè)計(jì)功能的層次來分割模塊，來實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理。 4.3升壓環(huán)節(jié)的建模及仿真根據(jù)獨(dú)立逆變系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，可以將其分為PWM升壓電

36、路和單相全橋逆變電路，下面分別對(duì)其進(jìn)行仿真建模。直流升壓電路的工作原理在第二章已經(jīng)介紹過，其原理圖如圖2-7所示，LVDr 12 /VC斗P%J T圖2-7直流升壓斬波電路在該電路中，開關(guān)器件用IGBT，控制IGBT的信號(hào)波形由PWM永沖生成器Pulse Generator產(chǎn)生，其他的電源、電感、電容、電阻以及二極管分別對(duì)應(yīng)于Simulink中的DC L、C、R以及Diode。為了方便觀察仿真輸出，所以應(yīng)在輸出端另外加上一個(gè)電 壓檢測(cè)裝置Voltage Measurement，并且將其輸出值送入示波器 Scope中。以上各種器 件都可以在SimpowerSystems的下拉菜單Electric

37、al Sources中找到，如圖4-1所示。 當(dāng)把上面所用到的器件都找齊之后，就可以按照直流升壓斬波電路連接電路，便可以得到如圖4-2所示的仿真模擬圖Sl&ullnk Library Brovserile Edit View Ulp國些舛DC 24V： ideal DC voltaEe source.:&.+ + :甲&*-,image Acquisitian Toolbox IiLEtruftent Control Toolbox Liitk AxLalg. Devi dts. Vi suaJ LixGc forTnci siLinkCod曹 Cmpser StudiqLink for Mo

38、delSimModel Fredietive Control TooilHeurkL Network TeelbostCPC ToolboxEJ BlocksetKealTime Windows T：rgetRealTime WorfeihopReal-Timt Workshop Embedde：d Cc Rap ai* t GartAi- *t oirRobust Conirg1! ToolboxSiFrocessing Blockset SimEventsS it 屯尬呂AppTicA.fi on Libr uri -eElctri cal S*urcsElementsExtra Libr

39、aryML&.chineM asiur am zi：-t xPHr4r EletrnicsscapeControl Design.Simulinh D已勺i 平 Veri fi tr SimuZ i rJc Extr ni.Siminlink FuranKni.liVDioderiTML圖4-1升壓電路中使用的各個(gè)器件IGBTPulse GeneratoTScopeUniversal BriVoltage MeaEureent圖4-2直流升壓斬波電路的仿真模擬圖建立好模擬仿真圖后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及參考資料，一邊運(yùn)行一邊調(diào)試圖中各器件 的參數(shù)，直到符合要求為止。經(jīng)調(diào)試后，電路的輸出波形如圖4-3

40、所示，其中各個(gè)器件參數(shù)設(shè)置為：直流電源為DC=24V開關(guān)器件IGBT和二極管Diode使用默認(rèn)參數(shù)，電阻 R=50，電感L=1e-3 H，電容C=50e-6 F，在脈沖生成器 PWM勺設(shè)置中，周期 Period 為0.0001，占空比為89.5%,并且在示波器中，將 Data history 中l(wèi)imit data points to last前面復(fù)選框中的“V”去掉，以方便觀察波形。下面就簡(jiǎn)單的分析電感、電容、電阻單獨(dú)變化時(shí)對(duì)仿真波形的影響：(1) 電感L取值越大，則曲線反應(yīng)速度越慢，超調(diào)越??；反之， L越小，曲線響應(yīng) 速度越快，但是超調(diào)則越大。(2) 電容C取值越大，紋波越小，超調(diào)越大且調(diào)

41、整時(shí)間越長；反之， C越小，紋波 越大，超調(diào)越小或者無超調(diào)，曲線比較平滑，而且調(diào)整時(shí)間也越小。(3) 電阻R取值越大，則紋波越小，超調(diào)越大，系統(tǒng)越不穩(wěn)定；反之，R越小，紋波越大，超調(diào)越小或無超調(diào)，系統(tǒng)越穩(wěn)定。OEM爭(zhēng)口刀於矗井盤區(qū)日*垢圖4-3升壓電路的電壓輸出仿真波形4.4制作并生成SPW波形因?yàn)樵谌珮蚰孀冸娐分?，由SPW波信號(hào)來控制全橋中的IGBT管，所以在對(duì)逆變環(huán) 節(jié)進(jìn)行仿真之前，應(yīng)該首先制作出SPW波形，而由第三章我們又可以知道SPW波是根 據(jù)三角載波與正弦調(diào)制波的交點(diǎn)來確定的，根據(jù)這個(gè)原則，可以構(gòu)建出電路模型如圖 4-4所示。在圖中調(diào)節(jié)各個(gè)器件的參數(shù)便可以得到各種不同的仿真波形，女口

42、：將正弦信號(hào)生成器Sine Wave中的幅值A(chǔ)mplitude設(shè)置為2，把頻率Frequency也設(shè)置為2；將三角波 生成器 Repeating Sequenee 中的 Time values 設(shè)為0 0.25，把 Output values 設(shè)置 為-4 4；將比較器 Switch 中的 Criteria for pass ing firstin put 設(shè)置為u2Threshold。調(diào)節(jié)好參數(shù)后，運(yùn)行程序，便可以得到如圖 4-5所示的波形，其中每一 屏所對(duì)應(yīng)的波形分別為：正弦波、SPW波以及三角波，且由圖中可以看出SPW波形為雙極性波形。SP圖4-4制作SPWM波的電路模擬圖圖4-5正弦波

43、、SPWM波及三角波的仿真圖4.5逆變環(huán)節(jié)的建模及仿真在制作出SPW波以后，便可以開始對(duì)逆變電路進(jìn)行建模，而全橋逆變電路的工作 方式在第二章已經(jīng)介紹，其電路原理圖如圖2-12所示。圖2-12全橋逆變電路在simulink中，該電路的全橋部分可以用一個(gè)通用橋來表示，也可以由4個(gè)IGBT和4個(gè)二極管Diode組成。為使仿真電路比較形象，最后采取4個(gè)IGBT和4個(gè)二極管Diode組成全橋電路，在找到所用器件之后，按照該電路構(gòu)建模型，因?yàn)殡娐分腥珮虿?分的4個(gè)IGBT中T1和T4為一對(duì)，T2和T3為一對(duì)，所以電路就需要兩個(gè)控制信號(hào)來控 制這4個(gè)IGBT的斷通，為方便仿真，暫時(shí)用兩個(gè)脈沖發(fā)生器Pulse

44、 Generator生成的波形來作為控制信號(hào)。同時(shí)，為了方便觀察電路的工作情況，在測(cè)量電路輸出電壓的同 時(shí)，另外還測(cè)量流經(jīng)電源的總電流is以及流經(jīng)負(fù)載R-L的輸出電流io，并同時(shí)送到示波 器中輸出觀察其波形，這樣便得到如圖4-6所示的全橋逆變電路的仿真模型。建立好模型之后，便開始調(diào)節(jié)圖中各器件的參數(shù)，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整之后，最終確定的參數(shù)為：直流電壓 DC=220V脈沖發(fā)生器 Pulse Generator1 的幅值A(chǔ)mplitude為1，周期 Period為0.02，占空比為50% 脈沖發(fā)生器Pulse Generator2的幅值、周期、占空比 均與 Pulse Generator1 相同，但是相

45、位延遲 Phase delay 為 0.01 ;負(fù)載 R=10 L=0.02 ； 其余的各個(gè)IGBT以及二極管Diode均取默認(rèn)值。調(diào)整好參數(shù)后，運(yùn)行仿真并得到如圖 4-7所示的仿真波形，其中示波器中每一屏的波形分別為電源電流is、輸出電流io以及輸出電壓uo。圖4-6全橋逆變電路仿真模型B0圖4-7電源電流is、輸出電流io、輸出電壓Uo的仿真波形4.6獨(dú)立逆變系統(tǒng)總電路的仿真將升壓環(huán)節(jié)以及逆變環(huán)節(jié)連接后便可以得到如圖4-8所示的系統(tǒng)總電路的仿真模型，由該圖可以看出，24V的直流電壓經(jīng)過直流斬波升壓電路后得到 220V的直流電壓， 然后再將經(jīng)升壓后所得到的電壓通過全橋逆變電路將其逆變成為22

46、0V的交流電壓。對(duì)其進(jìn)行仿真后可以得到如圖4-9所示的各種輸出波形，其中圖中至上而下的波形分別為 電源電流is、輸出電流io以及輸出電壓uo。并且可以有波形圖中看出，電壓在 0.01s后 進(jìn)入正常周期，并且周期 T=0.02s;而對(duì)比電源電流is以及輸出電流io之后可以得出， 電源電流的周期僅為輸出電流的一半，即電源電流的頻率為輸出電流的一倍：札=2札Oil* iil lir iKliLio TniiL iili iF:ETdJiXdMFJw$-li=l:GET*曲一圖4-8系統(tǒng)總電路的仿真模型圖4-9系統(tǒng)電源電流is、輸出電流io、輸出電壓Uo的仿真波形本章最主要的工作就是針對(duì)電路進(jìn)行仿真，

47、并觀察波形，所以在仿真之前對(duì)電路進(jìn)行構(gòu)建仿真模型的工作是至關(guān)重要的，因?yàn)橹挥心Ｐ徒⒄_最終才能得到預(yù)期的輸 出，故在Simulink中挑選器件時(shí)必須非常仔細(xì)，以免因挑選錯(cuò)器件而造成仿真失敗。 在構(gòu)建好電路模型后，還要對(duì)電路中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整， 這期間既可以對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué) 理論計(jì)算得到參數(shù)值也可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)邊仿真邊調(diào)整參數(shù)，由于本設(shè)計(jì)涉及到需要調(diào)整的參數(shù)并不多，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，就采用了邊仿真邊調(diào)整參數(shù)的方法來確定各元件參數(shù)。5逆變電源Protues仿真5.1 Protues 軟件Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片 機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB

48、設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平 臺(tái)，其處理器模型支持 8051、HC11 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR ARM 8086 和MSP430等，2010年又增加了 Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和Matlab等多種編譯器。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：Multisim ）的功能。這些功能是：1、原理布圖2、PCB自動(dòng)或人工布線3、SPICE電路仿真革命性的特點(diǎn)：1、互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)

49、時(shí)采用諸如 RAM ROM鍵盤，馬達(dá)，LED LCD AD/DA部分SPI 器件，部分IIC器件。2、仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR PIC、ARM等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原 理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出， 能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng) 配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡(jiǎn)單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間；支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明清晰；可輸出

50、高質(zhì)量圖紙：通過個(gè)性化設(shè)置， 可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地 供WORDPOWERPOI等多種文檔使用15,17。5.2 Protues 仿真原理圖D5R1D7R3RG4BC10KQ2IRG4BCQ1DIODEC1C9L1iciOnHR13R7Q4本D3IRG4BC10K1nFR21nFC31nFDIODER4D2DIODEQ3R8Q3IRG4BC10KD |D4DIODEC41nFHOCOMLC10HINVB11SDVS12LIN2IR211245X1 CRYSTAIC10LC11I30XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/A

51、D4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EA-P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1.2P3.2/INTUP1.3P3.3/INT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/W1LP1.7P3.7/RD8AT89C511nF10HINVB1112IOR21122122FCOMHOVS二FF -28-圖5-1逆變電源逆變主電路原理圖由4個(gè)IGBT開關(guān)器件組成全橋逆變電路，采用一片IR2112驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)自舉式

52、浮 充驅(qū)動(dòng)方式，結(jié)合浮充電容和快速恢復(fù)二極管，可以在一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源的條件下實(shí)現(xiàn)同一 個(gè)橋臂上兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)，節(jié)省驅(qū)動(dòng)電源數(shù)目。逆變器在開關(guān)管的消諧PW控制下，低階諧波已經(jīng)得到了有效控制，在輸出通過一級(jí)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(hào)送到控制電流，可以實(shí)現(xiàn)輸入過電壓、欠電壓、輸出過電流、短路等保護(hù)功能。本設(shè)計(jì)選擇以AT89C51為主控制芯片，89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦 除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATME的 89C51是一種 高效微控制器，89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提 供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案16,22。Digital OsdllmropeiulitIi DSource1圖5-4 SPWM仿真波形6總結(jié)及期望6.1總結(jié)本文首先從世界能源形勢(shì)和逆變技術(shù)發(fā)展歷程以及發(fā)展趨勢(shì)入手