单相SPWM逆变电源.docVIP

设 计 报 告 设计者：林东 刘丽玲 温定贤 指导教师：周小方老师 日期：2008年8月30日 单相SPWM逆变电源 摘要 本设计以PIC16F877A单片机为核心，利用面积等效法生成SPWM波，通过控制逆变器件的工作状态实现对输出的控制频率可调的正弦PIC16F877A、面积等效、逆变 1系统设计 1.1方案论证 根据设计要求，电路的主要功能是将输入的单相交流电先转变成直流电，再通过逆变电路和控制电路将直流电转变成大小和频率都可调的单相交流电，即为交直交变频电路。因此系统主要应包括两部分：逆变电路和驱动电路。 逆变电路[1] 逆变电路主要是通过控制回路输出宽度按正弦规律变化的脉冲来控制开关器件的通断，从而输出正弦波。由于交直交变频器主要用于交流电机的调速，即负载为阻感负载，系统运行时需要消耗无功功率，而采用全桥逆变电路可以实现能量的双向流动，由交流侧向直流侧反馈无功能量，故逆变电路采用单相全桥逆变电路。 2、驱动电路 设计电路时逆变器件采用的是场效应管IRF840，它的栅源极之间有一个2000pF左右的极间电容，为快速建立驱动电压，则要求驱动电路的输出电阻很小。而且IRF840开通时栅源极的驱动电压为+12V～+18V，关断时需施加一定幅值的负驱动电压，约为－3V～0V，因此驱动电路主要由晶体管电路组成，通过输入信号来控制晶体管的导通与关断，提供相应的驱动电压，保证场效应管快速有效的通断。 1.2系统框图 根据题目要求和论证本设计的系统框图如图.1所示2. 单元电路设计 2.1 主电路 主电路的工作原理如图2.1所示，包括整流滤波电路、单相全桥逆变电路和电感滤波电路。整流滤波电路将单相交流电变成直流电,全桥逆变电路将直流电变成交流电，滤波电路后得到标准正弦波2.2 驱动电路 场效应管VT1、VT2的栅极驱动电路如图2.3所示，由于栅源极的驱动电压为+12V～+18V，因此利用电容C5来形成自举电路。上电时，电源对电容充电，端电压为15V。当栅极有输入信号时，T1导通，T2基极为低电平，则T2导通，由于二极管本身压将的作用使得T3截止，由于电容正极电位的作用使得到D点为高电平，电路输出正驱动电压，场效应管导通。同样，当栅极没有输入信号时，T1和T2截止，T3导通，AD两点电势差为0，场效应管截止。 场效应管VT3、VT4的栅极驱动电路如图2.4所示，由于场效应管的源极接地，因此只要通过控制栅极的输入信号即可获得相应的驱动电压。当栅极有输入信号时，G3为高电平，电路输出正驱动电压，场效应管导通；当栅极没有输入信号时，场效应管截止。 由于场效应管的栅源极之间有2000pF左右的极间电容，为快速建立驱动电压，则要求驱动电路的输出电阻要很小，因此电阻R6取为10Ω，满足充电时间小于0.2us的要求。 ?3. 软件设计 主程序流程 软件部分的主要功能包括数码管的显示扫描、按键控制和产生按正弦规律变化的矩形脉冲。系统通过按键来设置输出电压的频率和调制比，并利用单片机内部CCP的比较功能通过中断来控制输出脉冲的宽度，从而控制逆变器件的工作状态，得到所需的正弦波。 主程序主程序流程图如图31所示 （2）SPWM生成原理在中断程序中调用的值产生相应的按正弦规律变化的方波信号。 4. 系统测试 设定频率f（Hz） 设定调制比m 输出电压有效值U (V) 测量频率f0(Hz) 21 0.64 15.821 20.4 0.95 24.611 20.83 50 0.64 16.407 49.50 0.91 23.055 49.02 70 0.64 16.832 67.37 0.93 23.762 68.49 100 0.65 16.973 96.15 0.94 23.479 99.8 输入交流电压幅值为18v，由测量结果可知，频率的最低值为21Hz，最高为100Hz，且可通过设定不同的调制比来改变输出电压的大小，满足输出电压在一定范围内可调，最大电压可达25V，