由单片机控制的单极性的单极性逆变输出电路本科论

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1、 山东交通学院2014届毕业生毕业论文（设计）题目：由单片机控制的单极性的单极性输出逆变电路院(系)别 信息科学与电气工程学院 专 业 自 动 化 班 级 自 动 化 101 学 号 10081914 姓 名 孙 作 潇 指导教师 王 旭 光 二一四年 六 月原 创 声 明本人孙作潇郑重声明：所呈交的论文“由单片机控制的单极性的单极性输出逆变电路”，是本人在导师王旭光的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产

2、权，并愿为此承担一切法律责任。 论文作者(签字)： 日期： 2014 年 6 月 9 日 摘 要 当今社会不断发展，能源短缺成为人们关注的问题之一。风能，太阳能等可再生资源的利用得到了广泛的关注。于是，如何将蓄电池或者发电机所供给的直流或者交流电转化为设备所需的交流电成为逆变技术领域所需要解决的问题。本文首先对逆变电路系统的主电路设计进行了详细的介绍，包括整流电路，全桥逆变电路以及保护电路；其次对电路设计中涉及的控制电路及其各个芯片的功能做以介绍，包括保护电路以及程序设计；进而介绍了逆变过程中所采用的核心即SPWM技术；最后对各部分的驱动电路方案进行论证。本文在程序设计部分中给出了程序设计的流

3、程图，以及单片机的功能的一些简单介绍，并从硬件和软件两方面展开分析，对逆变电路的设计具有一定的参考价值。关键字：逆变电路，SPWM技术，控制电路Abstract The development of the society, the energy shortage has become one of the concerned problems. Wind energy, solar energy and other renewable resources widely attention by. So, how will the batteries or generators supply

4、DC or AC into the equipment required for the technical field of inverter AC becomes the question which needs to solve. Firstly,the design of the main circuitof the inverter circuitof the system is introduced in detail,including therectifier circuit,the full bridge inverter circuit and protection cir

5、cuit;then the functions of control circuit and the chip involved in circuit design to be introduced,including theprotection circuit andprogram design;then introduces thecore technology oftheSPWMinverterprocess;finallyto analyzedriving circuitscheme of each part.This papergives the flow chartof progr

6、am designin the programdesign,and the singlefunctionof some simple introduction,and launches theanalysis from two aspectsof hardware and software,has thecertain reference value to the design ofinverter circuit.Keywords:inverter,SPWM,control circuit目 录1 前言11.1 课题背景11.2 逆变技术概况和发展阶段11.3 现代逆变技术的分类21.4 本

7、文研究的主要内容22主电路及其工作原理42.1 几种常见的逆变电路结构42.1.1 推挽式逆变电路4半桥式逆变电路5单相全桥式逆变电路62.1.4 三种电路的比较62.2 主电路各器件的参数选定72.3 滤波电路的设计以及参数选择82.3.1 LC滤波电路的设计步骤82.3.2 LC滤波电路的参数选择93 驱动电路的设计113.1 IGBT的简单介绍113.1.1 IGBT的静态特性113.1.2 IGBT的动态特性123.2 场控器件的驱动123.2.1 单管驱动电路13推挽式驱动电路13磁耦合驱动电路143.3 场控元器件的栅极保护153.4 IR2110驱动器153.4.1 IR2110

8、引脚介绍163.4.2 IR2110工作原理173.5 6N137高速光耦合器183.5.1 6N137内部结构及原理183.5.2 6N137的使用方法194 控制电路的设计214.1 SPWM控制技术214.1.1 SPWM基本原理214.1.2 SPWM的实现方法224.1.3 SPWM波的调制254.1.4 调制时间的计算254.2 80C51单片机的简单介绍264.2.1 单片机的特点及应用264.2.2 80C51的基本结构274.2.3 80C51定时器/计数器的工作方式284.3 软件设计思路294.3.1 SPWM脉冲列的控制304.3.2 单片机查表法生成SPWM控制脉冲列

9、31结 论34致 谢35参考文献361 前言1.1 课题背景现实状态下，人类努力实现着经济和社会的可持续发展，但是在有限资源和环境严格要求的双重制约下，经济发展问题成为重要话题，而更为突出的确实能源问题。主要体现在环境污染，能源短缺和温室效应等问题上。于是，人们开始试图通过科技进步，大规模的开发利用可再生洁净能源的途径来解决现实的困境。另一个原因就是由于太阳能和风能等能源具有储量大，普遍存在，利用经济和清洁环保等优点。其实，从二十世纪九十年代开始，太阳能发电和风力发电等可再生能源的利用技术已经成为世界能源电力市场的新星迅速发展起来了。光伏发电系统主要是由太阳电池阵列，充电控制器，蓄电池以及逆变

10、电路组成。其中逆变电路是系统中重要的组成部分，它完成直流电能到交流电源的变换，即将太阳能电池发出的直流电变换成用户要求的高质量定频定压正弦交流电能。在这个过程中，首先需要有合理的电路结构，还有严格的元器件赛选，这是保证逆变电源产品不受影响的必备条件。不近如此，逆变电路也应具备保护功能。除此之外，还要求系统能够适应较宽的直流电源输入范围，且其输出电压与频率保持稳定的状态，并且具有良好的负载变化动态响应性能。高性能的逆变电路应该具有对输出电压进行高要求的高频滤波处理。由此可见逆变电路技术设计了电力电子技术，计算机技术等多个学科，其相关产品工业应用和日常生活方面具有广阔的市场和应用前景。1.2 逆变

11、技术概况和发展阶段通常，把交流电变成直流电的过程叫做整流；反过来将直流电变成交流电的过程叫做逆变。电力电子技术从1956年晶闸管问世，电力电子学诞生，至今已有近60年的发展历城，目前已经基本行程比较完整的理论和学科体系，并成为一门独立的学科。尤其在最近二十年，电力电子学获得了突飞猛进的发展，被视为人类社会上的第二次电子革命，Bose教授认为：电力电子技术在世界范围的工业文明发展中所起的作用可能仅次于计算机。从21世纪开始，将对工业自动化，交通运输，城市供电，节能和环境污染控制等方面的发展。产生了巨大的推动作用。目前国内外研究得比较多的主要有 PID 控制、无差拍控制、双环反馈控制、重复控制、滑

12、模变结构控制、模糊控制以及神经网络控制等。PID 控制是一种传统控制方法，由于其算法简单成熟，设计过程中不过分依赖系统参数，鲁棒性好和可靠性高，在模拟控制的正弦波逆变电源系统中得到了广泛的应用。随着微处理器技术的发展，具有较快的动、静态响应特性数字 PID 算法也获得了应用。在将来工业高度自动化的情况下，计算机技术，电力电子技术以及自动控制技术将成为三种最重要的技术。从而逆变器技术，将成为电力电子技术中最重要的组成部分之一。一般认为，逆变技术的发展可分为两个阶段：19561980年为传统发展阶段。这个阶段的特点是，开关期间以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加法为主，体积重量

13、交大，逆变效率低，正弦波逆变器开始出现。1980年至今为高频化新技术阶段，这个阶段的特点是，开关器件以高速期间为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以PWM法为主，体积重量较小，逆变效率较高。正弦波逆变技术发展日趋完善。逆变技术经历了不同的阶段逐渐发展起来，从一开始通过直流电动机到交流电动机的旋转方式逆变技术，发展到二十世纪六七十年代的晶闸管逆变技术，再到21世纪，逆变技术多采用了MOSFET，IGBT，GTO，IGCT，MCT等多钟先进且易于控制的功率器件，控制电路的发展也从模式集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器（DSP）控制。逆变电源在人们的日常生活中起到了不可或缺的作用：变频空

14、调，变频冰箱到航空领域的机载设备，也都用逆变电源的存在。毋庸置疑，随着计算机科学技术和各种新型功率器件的不断发展，逆变装置也讲想着体积更加小，效率更加高，性能指标更加优越的方向发展。1.3 现代逆变技术的分类现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式有下列几种：1）按逆变器输出交流的频率，可以分为工频逆变，中频逆变和高频逆变。工频逆变一般是指5060Hz的逆变器；中频逆变的频率一般是400Hz到十几KHz；高频逆变器的频率则一般为十几KHz到MHz。这里需要说明的是，在现代高频开关电源领域，500KHz以上的才算是高频，但是在逆变领域，有事功率比较大，20KHz的超音频被认为是高频。2）按逆变器输出的相数，可分为单相逆变，三相逆变和多相逆变。3）按逆变器输出的能量去想，可分为有源逆变和无源逆变。4）按逆变主电路的形式，可分为单端式，推挽式，半桥式和全桥式。5）逆变开关器件的类型，可分为晶闸管逆变，晶体管逆变，场效应管逆变，IGBT逆变，等等。6）输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。7）接输出电压或者电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。