《模拟电子技术课程设计 SPWM逆变电源设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术课程设计 SPWM逆变电源设计（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课程设计报告2019-2020 学年第二学期）模拟电子技术课程设计学生姓名 XXX学 号 xxxxxxx所在专业 xxx所在班级 xxx指导教师XXX职称XX撰写时间XXXX年X月XX 日1系统方案11输入直流源论证和选择方案一：采用专业集成048V可调电压直流源。方案二：间接直流变流电路，如图1-1所示。可实现输出端与输入端的隔离，适合 于输入电压与输出电压之比远小于或远大于1的情形，但由于采用多次变换，电路中 的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。直流逆变电交流交流变压器整流电直流滤波器&图1-1间接直流变流拓扑结构综上所述，我们采用方案一稳损耗低，效率高且稳定性高的集成度较高的可调直
2、流源作为输入电压。1.2 DC-AC主回路方案论证和选择方案一：推挽式逆变电路。推挽式方波逆变器的电路拓朴结构简单，两个功率管可 共地驱动，但功率管承受开关电压为2倍的直流电压，因此适合应用于直流母线电压 较低的场合。另外，由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路 的可靠性。其缺点是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。方案二：半桥式逆变电路。半桥型逆变电路结构简单，由于两只串联电容的作用， 不会产生磁偏或直流分量，非常适合后级带动变压器负载，当该电路工作在工频时， 电容必须选取较大的容量，使电路的成本上升，因此该电路主要用于高频逆变场合。方案三：全桥式逆变电路。克服了推挽和
3、半桥式电路的缺点，通过调节功率晶体管 的输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。控制方式比较灵活。综合分析比较三种方案，由于方案三具有变压器利用率高，带负载能力强，抗干扰、 电路可靠性高，故本设计采用方案三。1.3三相SPWM控制脉冲的论证和选择方案一：模拟调制法。用硬件电路产生正弦波和三角波，其中正弦波作为调制信号, 三角波作为载波，两路信号模拟比较器比较后输出SPWM波形，通过功率驱动全桥， 完成功率放大，实现逆变。方案二：采用专用集成SPWM芯片，产生SPWM信号，通过全桥驱动，实现逆变。方案三：采用单片机内部 PCA 模块和自编程软件产生 SPWM 信号，经 MOS 管全 桥功率
4、驱动，实现逆变。方案一电路简单，响应速度快，但参数漂移大，集成度低，波形易受外界噪声干扰 设计不灵活，且需要很复杂的硬件来控制逆变器功率器件的死区。方案二虽易于控制， 但增加硬件电路复杂程度，且带来不必要的硬件成本。综合成本及效率问题，本系统 选用方案三，利用单片机内部自带的 PCA 模块，并配以软件编程实现 SPWM 波控 制，可靠性高、可重复编程、响应快、精度高、控制简单。1.4 驱动电路的论证和选择。方案一：利用脉冲变压器直接驱动MOSFET，来自控制脉冲形成单元的脉冲信号 经高频晶体管进行功率放大后加到脉冲变压器上，由脉冲变压器隔离耦合，稳压管限 幅后来驱动 MOSFET，其优点是电路
5、简单，应用廉价的脉冲变压器实现了被驱动 MOSFET 与控制脉冲形成部分的隔离。方案二：采用栅极驱动控制专用集成电路 IR2110。该芯片可驱动同桥臂的两个 MOSFET，允许在600V电压下直接工作，栅极驱动电压范围宽（1020V）,死区时 间内置，最高工作频率可达 40kHz。比较上面两种方案，方案一的不足表现在：高平脉冲变压器因漏感及肌肤效应的存 在较难绕制且容易产生振荡。方案二芯片性能好体积小，满足题目要求，故采用方案 二。1.5 电源模块的论证和选择方案一：采用升压型稳压电路。用两片 MC34063 芯片分别将 3V 的电池电压进行 直流斩波调压，得到+5V的稳压输出。该电路供电电流
6、小，供电时间短，无法保证系 统长期稳定运作。方案二：采用环形变压器，与普通变压器相比激磁能量和铁心损耗将减25%，电效 率高达 95%以上，漏磁小，电磁辐射小，振动噪声小，加上三端固定稳压器获得 +5V 12V 电源，分别用 LM2576HVT-5, LM7812，LM2576HVT-12产生综上所述，选择方案二，采用环形变压器三端稳压器电路。2 系统理论分析与计算2.1 DC 直流输入电源的分析计算由题目分析，三相逆变器，输出ABC三相，线电压24Vrms,线电流为2Arms,逆 变的频率为50Hz。本设计采用三相SPWM调制，则输入DC直流电压源需要的值为：3 电路与系统设计3.1 电路的
7、设计3.1.1 全桥逆变电路及器件选择电路开关管选择IRF3205，其导通电阻R(on)仅为8m欧，击穿电压VDSS为55V,完全满足电路要求。图 3-2 三相逆变电路3.1.2 滤波电路及器件选择由于三相逆变桥 SPWM 波形工作，输出滤波器的作用是滤出高次谐波分量，使输 出波形接近与正弦波，滤波器的设计应使输出电压谐波少，阻频特性好，滤波功耗小。 我们选用常见的 LC 滤波电路，此处滤波电路如图所示：图 3-3 输出滤波电路3.1.3 SPWM 产生电路利用STM32内部高级定时器TIM1生成SPWM脉冲，并配以软件编程实现SPWM波控制, 通过1/O引脚PA8, PA9, PA10, P
8、B13, PB14, PB15产生三相六路SPWM信号。SPSiL SPUL SPW3LPABPAHPA0-WUPPBOPA1PEPA2PBZBOOT1PA3PBJ.-ITDOPA4PU-I-JNTRSTPA5PB5PA6PB6PA7PB7PA8PBSPA9PB9PA10PB10PAUPB11PA12PB12PADJTMSWDIOPB13PAUJTCK-SWCLKPB14PA15JTIIPB13OSC_IN.PDOPCX)OSC OLiTPDlPCIPD2PC2STX432F103RBT6T-6 =亠宕LOB:Ppb】2psbWilPR,t 輕UZHSP3I3H企 PCD y FCL 0 PC
9、2 aiipel3.1.4 SPWM驱动电路及器件选择SPWM脉冲驱动器件我们采用栅极驱动控制专用集成电路IR2110。该芯片可驱动 同桥臂的两个MOSFET，允许在600V电压下直接工作，栅极驱动电压范围宽（10 20V）,死区时间内置，最高工作频率可达40kHz。图 3-4 SPWM 驱动电路3.1.5 辅助电源电路及器件选择辅助电源采用采用开关稳压芯片LM2576系列来替代线性稳压芯片LM78系列，开 关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑 制作用。此外，由于开关稳压电源 “热损失”的减少，设计时还可提高稳压电源的输入 电压，这有助于提高交流电压抗跌落
10、干扰的能力。图 3-5 辅助电源电路3.1.6 电压电流采样电路1. 电压采样电路 电压互感器的检测信号经电压平移后将交流量信号转换为 03.3V 的单极性电压信 号接入单片机主控芯片的 A/D 通道引脚CCSC图3-6电压采样电路2. 电流采样电路来自检测通道的电流互感器的电流号经运算放大器转换为电压信号后经电压平移后将交流量信号转换为 03.3V 的单极性电压信号接入单片机主控芯片的 A/D 通道引脚*1HFx:7X 二11 11图 3-7 电流采样电路3.2程序的设计4测试方案与测试结果41测试方案(1) 向负载提供三相对称交流电。测试负载线电流有效值，线电压有效值，以及频率。(2) 测
11、试交流母线电压总谐波畸变率THD。(3) 计算逆变器的效率幵。(4) 逆变器给负载供电，负载线电流有效值Io在02A间变化时的负载调整率SI1。4.2测试条件与仪器序号名称、型号、规格数量备注1VC890D万用表2美国福禄克公司2BOD200环形变压器1上海叠诺变压器3UTD2102CEX 示波器1双通道100MHz4GZM-H1000S48开关电源1普德新星电源表4.1测试使用的仪器设备43测试结果及分析采用 Y 连接负载，数据测试结果如下所示：输入电压/v输出电压/v输出电流/A频率/Hz表4.2 测试数据负载调整率S测试（测试条件：U =40V, U=24V, I =02A）IinOOI
12、 =0A 时，U 二 V； I=2A 时，U 二 V。O O1 O O2SI= 几 1 = %负载调整率三相逆变器效率n测试（测试条件：I=2A, U =24V, U =40V）O O inU=40V，I= A；U=24V，I=2A。ININOO_ 卩Mcj 效率匸测试数据与设计指标的比较 （如表4.3所示）测试项目基本要求电路测试结果输出电压可调范围24V0.2实现输出电流2A实现负载调整率87%表 4.3 测试数据与设计指标的比较综上所述，本设计达到设计要求。5 结论SPWM 逆变电源设计全面阐述了正弦波逆变器的基本结构、驱动原理以及硬件软 件的设计。本文所设计的基于 STM32 ARM
13、Cortex-M3 内核主控的正弦波逆变器具有硬件 结构简单、保护功能完善等特点。主要实现了如下功能：(1)采用 STM32 作为控制核心，加强智能控制；(2) 具有安全控制系统，能实现了系统的过流保护、过压保护；(3) 设计了驱动电路、控制电路的设计，提高系统的可靠性：(4) 系统软件采用模块化设计，为二次开发提供了非常便利的条件。6 参考文献1 黄智伟全国大学生电子设计竞赛系统设计M.北京:航空航天大学出版社,20062 魏伟正弦波逆变电源的研究现状与发展趋势J电气技术,20083 赵建武 .三相 SPWM 逆变电源仿真设计 J. 辽宁工程技术大学学报 (自然科学 版),2008,(03).4 电力电子技术.廖冬初，聂汉平主编.华中科技大学出版社.2007，(09).5 李娜，邵利敏，赵秋霞，郭燕霞 .基于单片机的逆变电源系统的设计 TM.2007， (10).附录 1：电路原理图耳ITT T
