基于ARM微处器的变频电源研究.docVIP

1 绪论 1.1 研究变频电源的背景及目的 电源对于每一个人来说是一个既熟悉又抽象的名词，我们的衣食住行离不开电源，文化娱乐、办公学习、科学研究、工农业生产、国防建设、教育、环境保护、医疗卫生、交通运输、照明、通信、宇宙探索等等，哪一样也少不了电源。只要用电就离不开电源。电源的分类如下图所示 图 1．1 电源的分类 电子／电力电源的发展得力于电力电子技术的进步。进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件，首先是功率MOSFET的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计，到1995年底，功率MOSFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。 当前，电力电子作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来，电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用，实现高效率和高品质用电相结合。变频电源是将市电通过功率变换电路转变为所需要的电压和频率的一种电源。世界各国电网制式的不统一，以及不同应用领域的电源制式需求的不同，以下情况需要使用变频电源： (1)家电业制造商如：空调设备、咖啡机、洗衣机、榨汁机、微波炉、收录音机、冰箱、DVD、洗尘器、电动剃须刀等产品的测试电源； (2)电机、电子业制造商如：交换式电源供应器、变压器、电子安定器、AC风扇、不断电系统、充电器、继电器、压缩机、马达、被动元件等产品的测试电源； (3)IT产业及电脑设备制造商如：传真机、影印机、碎纸机、印表机、扫描器、烧录机、伺服器、显示器等产品的测试电源； (4)实验室及测试单位如：交流电源测试、产品寿命及安全测试、电磁相容测试、OQC(FQC)测试、产品测试及研发、研究单位最佳交流电源； (5)航空／军事单位如：机场地面设施、船舶、航天、军事研究所等的测试电源； (6)铁路、高速公路：25Hz、静频信号电源。 变频电源是电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性。变频电源自问世以来引起了国内外电源界的普遍关注。现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。现代变频电源以其低损耗、高效率、电路简洁等显著优点而受到人们的青睐，并广泛的应用于电气传动、计算机、电子设备、仪器仪表、通信设备和家用电器中。今年来随着工业自动化产业的告诉发展，人们对变频电源的需求与日剧增，变频电源的开发研制生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业。目前，随着变频电源的广泛应用，变频电源显示除了强大的生命力，其具有高集成度、高性能比、最简的外围电路、最佳的性能指标等特点。 1.2 国内外研究情况 现代电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制，计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交叉技术，是现代电力电子技术的具体应用。 1.2.1 电力电子器件技术的发展 变频电源是现代电力电子技术的一项重要的应用。电力电子器件以美国1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为起始点逐渐发展起来的。经过50年的发展，在器件制造技术上不断提高，已经经历了以晶闸管为代表的分立器件，以可关断晶闸管(GTO)、巨型晶体管(GTR)、功率MOSFET、绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的功率集成器件(PID)，以智能化功率集成电路(SPIC)、高压功率集成电路(HVIC)为代表的功率集成电路(PIC)等三个发展时期。从晶闸管靠换相电流过零关断的半控器件发展到PID、PIC通过门极或栅极控制脉冲可实现器件导通与关断的全控器件，从而实现了真正意义上的可控硅。在器件的控制模式上，从电流型控制模式发展到电压型控制模式，不仅大大降低了门极(栅极)的控制功率，而且大大提高了器件导通与关断的转换速度，从而使器件的工作频率不断提高。在器件结构上，从分立器件，发展到组合功率变换电路的初级模块，继而将功率变换电路与触发控制电路、检测电路等组合在一起的复杂模块。功率集成器件从单一器件发展到模块的速度更为迅速，今天已经开发出具有智能化功能的模块(IPM)。 智能功率集成电路能够提供数字控制逻辑与功率负载之间的接口，最简单的形式可由一电平移动和驱动电路组成，把来自微处理器的逻辑信号换转微足以驱动负载的