电子的设计竞赛报告.pdfVIP

目 录 摘要 关键词 1 方案设计与论证2 正弦脉宽调制 SPWM及驱动电路方案选择2 2 电路设计 2 2.1 直流电源设计2 2.2 DC/AC逆变回路设计与器件选择3 2.3 蓄电池充电控制设计4 2.4 保护电路4 2.5 系统总原理框图5 3 软件设计 5 3.1 不规则采样实现 SPWM5 3.2 电池充放电管理6 3.3 输出短路保护6 4 调试结果和设计总结6 参考文献6 附录7 1 摘要：本交流单相在线式不间断电源设计以 dsPIC30F2010 为核心，单片机输出 SPWM 波形，经 IR2103 驱动 H桥，实现 DC-AC 逆变。用单片机分别对电源输 入电压、输出电压、电池两端的充电压差进行采样，以分别实现欠压保护和对电 池的充放电控制，也即实现不间断供电；通过 Itrip 采样检测，可以用程序实现 输出短路保护。 关键词：不间断供电、正弦脉宽调制、蓄电池充放电 1 1 11 方案设计与论证 正弦脉宽调制 SPWM及驱动电路方案选择 方案一：采用比较器组成的正弦脉宽调制电路，如图 1 所示。所得 SPWM 波形最接近正弦波。但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期 内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，调试困难。 图 1 SPWM 产生电路 方案二：采用 IPM单相逆变器智能功率模 块进行单相逆变。智能功率模块(Intelligent Power Module,IPM)以开关速度快、损耗小、功 耗低、有多种保护功能、抗干扰能力强、无须 采取防静电措施、体积小等优点在电力电子领 域得到越来越广泛的应用。其内部功能框图如 图 2所示。 图 2 IPM的内部功能框图 方案三：采用集成脉宽调制电路芯片 SG3524。该芯片能直接驱动功率场效 应管，具有内部基准源、运算放大器和欠压保护功能，外围电路简单，较分立元 器件控制电路具有更简单、更可靠的特点和易于调试的优点。 方案四：采用基于 DSC的 SPWM 逆变。利用软件产生 SPWM 波，控制功 率管构建的 H桥进行逆变。由于全桥驱动芯片 IR2103有自居供电能力，能在不 使用外加隔离电源的情况下方便驱动小功率的全桥电路，与传统的逆变相比使用 的元件少，且结构更为紧凑。 综合比较以上四种方案及题目设计要求，同时考虑现有器件的选取方便，为 实现该系统，我们选择方案四。 2 2 2 22 电路设计 2.1 2.1 22..11 直流电源设计 本系统中需对单片机及各模块提供工作电压，所以需设计整流及稳压电路。 该模块电路图如图 3(a)和(b)所示。 由 P2输入交流电压 U（29~43V）， 1 通过桥堆整流，经过电容整形滤波 得到母线电压 VDC。通过检测电 源电压采样点 Vin，这样可以实现 对交流电压输入变化的检测，一旦 交流电源掉电，可以及时启动蓄电 池供电。 后续稳压电路产生 15V，5V 图 3(a) 工作电压。具体如图 3(b)所示。 图 3(b) 2.2 DC/AC 2.2 DC/AC 22..22 DDCC//AACC逆变回路设计与器件选择 本设计采用电压型全桥式逆变电路原理。简易原理图如图 4 所示，H型电路 结构，共有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。V1、V2、V3 和 V4 输入 SPWM波形，V1 和 V2互补，V3 和 V4 互补，通过调制 V1、V2、V3和 V4