基于PWM的正弦波电源的设计与实现.docx

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1、学校代码：11517学号：2302河由二允厚女HENANINSTITUTEOFENGINEERING毕业设计题目基于PwM的正弦波电源的设计与实现学生姓名韩立业专业班级电气工程及其自动化1123班学号2302系（部）电气信息工程学院指导教师（职称）牛亚莉（副教授）邓丽霞（讲师）完成时刻2013年5月20日河南工程学院论文版权利用授权书本人完全了解河南工程学院关于搜集、保留、利用学位论文的规定，同意如下各项内容：依照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保留论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手腕保留论文；学校有权提供目录检索和提供本论文全文或部份的阅览服务；学校有权

2、按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版；在不以获利为目的的前提下，学校能够适当复制论文的部份或全数内容用于学术活动。论文作者签名:河南工程学院毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的功效。除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究功效不包括任何他人创作的、已公开发表或没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出奉献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：年月日河南工程学院毕业设计(论文)任务书题目基于PWM的正弦波电源的设计与实现专业电气工程及其自动化学

3、号2302姓名韩立业主要内容、大体要求、主要参考资料等：主要内容：设计一个基于PWM的正弦波电源，包括电源逆变系统的大体结构和控制方式、硬件电路的设计、控制系统软件的设计等。按照仿真模型焊接，并选择各元器件，作出实物,并将实物的实际输出与模型比较，校正并调整，并将此电源在实验室制作出实物。大体要求：一、掌握PWM控制技术，肯定整体设计方案。二、熟悉逆变器工作原理，完成器件选型，绘制系统硬件原理图。3、完成硬件电路的焊接、测试。4、编写软件程序，进行软硬件联机调试。主要参考资料：1刘风君.正弦波逆变器.北京科学出版社,20022王水平等.PWM控制与驱动器利用应用电路.西安电子科技大学出版社,2

4、0043王兆安.电力电子技术，第五版.北京机械工业出版社,20094钱照明，叶忠明,董柏藩,电力系统自动化.北京科学出版社,1997(21):35-705李先允，姜宁秋,电力电子技术,中国电力出版社，2007(6):17-29完成期限：指导教师签名：专业负责人签名：年月日摘要IABSTRACTII1绪论1论文的来源目的及意义1设计指标及实现1研究概况2主要内容22逆变器的主要控制方式4逆变器的模拟控制方式4电压型控制方式4单周期控制技术5逆变器的数字控制53逆变系统大体结构及其控制策略7逆变系统的大体结构7SPWM控制技术原理及其实现8SPWM控制技术原理8SPWM控制脉冲的实现方式104系统

5、硬件电路13电源的整体结构和原理13逆变电源主电路的设计及仿真13死区时刻控制电路14输出LC滤波器的计算15功率开关管的选择16驱动电路17缓冲电路20采样调制电路21过欠压保护电路22本章小结245电源的实现256总结27致谢28参考文献29附录31Vll基于PWM的正弦波电源的设计与实现摘要伴随着电力电子技术的进展和变频电源的应用愈来愈普遍，对作为变频电源中重要的部份一逆变器也提出了更高的要求。传统的逆变器多为模拟控制或模数控制相结合的控制系统，结构复杂，集成化程度低，而且价钱高，因此逆变器的数字化成了一种趋势。逆变器主要包括逆变主电路、控制电路、滤波电路及其他辅助电路。本设计第一介绍逆

6、变电源的传统控制及数字化控制方式，接着介绍逆变电源的大体结构，分析逆变电源的SPWM控制原理，编写了SPWM的产生程序。随后进行了逆变系统的硬件设计，主要包括逆变主电路、死区时刻控制电路、DC-DC升压模块等，并肯定了电路中各元器件的型号。在Proteus中完成了系统的仿真与调试，在仿真中系统的参数知足了设计要求，以后完成实物的制作，完成实物后，经测试结果并未达到要求。关键词逆变器/数字控制/脉冲宽度调制DesignandRealizationofsinewavepowersupplybasedonPWMABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnol

7、ogy,variablefrequencypowersupplyappliedmorewidelyinourlife,butalsoputforwardhigherrequirementsonasanimportantpartoftheinverterfrequencyconversionpower.Thetraditionalinvertertocontrolthesystem,simulationofcontrolormoduluscontrolcombinedwithacomplexstructure,theintegrateddegreeislow,andthepriceishigh,

8、sothedigitalinverterhasbecomeatrend-Inverterincludesthemaincircuit,theinvertercontrolcircuit,filtercircuitandotherauxiliarycircuit.Thisdesignintroducesthetraditionalinverterpowercontrolanddigitalcontrolmode,andthenintroducesthebasicstructureofinverter,SPWMcontrolprincipleofinverterpowersupply,thegen

9、erationprocessofSPWM.Thenthehardwaredesignofinvertersystem,includesthemaincircuit,controlcircuitofinverterdeadtime,DC-DCconvertermodule,andtoidentifythecomponentsinthecircuitmodel.ThesimulationanddebuggingofthesystemintheProteussysteminthesimulation,parametersmeetthedesignrequirements,afterthecomple

10、tionofproductioninkind,tocompletethematerial,thetestresultsdonotmeettherequirements.KEYWORDSInverter9Digitalcontrol,PWM1绪论电力电子器件产生于2()世纪40年代末，随着几十年的进展，电力电子器件在大功率化、高频化、集成化取得了长足的进步，在此期间逆变器技术也飞速进展起来。论文的来源目的及意义变频电源就是一种交流一直流交流转换的电源装置，通过转换后的输出信号为纯净的正弦波信号，该种电源可在适当的范围内调节输出信号的频率和电压。它在咱们的生活与工作中应用十分普遍，主要适用于家用电

11、器、电子应用、实验室等方面，并可用来检测各类用电电器。变频电源中的逆变器的作用就是将直流电压转为交流电压，随着科技不断的进步，逆变器技术也取得了长足的进展，同时对逆变器的要求也愈来愈高。采用模拟控制方式或模数相结合的控制方式的逆变电源的结构复杂，集成化程度低，而且价钱昂贵。为了解决这些问题，同时随着高性能的数字芯片的产生，逆变器的数字化成了一种趋势。PWM的全称是PUlSeWidthModUlatiOn(脉冲宽度调制)，该种控制方式的大体原理就是通过改变逆变主电路中的开关器件的通断时刻来取得一系列宽度不等、幅值相同的脉冲，而后用此脉冲替代设计中所需的波形。脉宽调制控制方式因其控制简单，灵活和动

12、态响应好的长处而成为电力电子技术最普遍应用的控制方式。随着电子技术的进展，出现了多种脉冲宽度调制技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等。所谓SPWM,就是在脉冲宽度调制的基础上改变了调制脉冲方式，通过改变脉冲的占空比取得正弦波的输出。设计指标及实现技术指标为:当输入电压为24V10%V时，通过逆变器的输出电压要达到单相交流36V5%V,400HZ的指标，且输出电流为200mA。按照设计指标肯定逆变系统的主电路，而且肯定系统的控制方式，完成该系统的软件仿真，按照仿真的结果进行调试，取得符合技术指标的输出。按照仿真模型肯定各个元器件，最终做出电源

13、的实物。研究概况逆变电源从出现到此刻共经历了三个阶段的进展，20世纪50年代末是电力电子技术飞速进展的时期，逆变电源也产生于那个时期。逆变电源出现之初逆变电路中采用了ThyriStOr（晶闸管）开关器件，因为电路中采用晶闸管器件，该种逆变电源也称为可控硅逆变电源。这是逆变电源进展的第一个阶段。此种电源的出现使逆变技术向前进展了一大步，同时也带来一些问题：在逆变电源中增加了换流装置，增加了其复杂性，而且有噪声大、体积大等缺点。第二代的逆变电源采用GTO、GTR、IGBT等关断器件作为开关器件。此种电源的长处如下：由于采用了自关断器件，因此电路中不需要换流装置，这就减小了电源的体积，并降低了本钱，

14、使得逆变电源的开关频率、动态压降均减小。可是该种电源也有缺点，就是对非线性负载的适应性不强。第三代的逆变电源是应对前两种电源中出现的缺点而提出的。第三代逆变电源采用MOSFET管，理论上说这种增强型绝缘栅场效应管无需驱动功率，因此不存在驱动电流的多次放大，驱动只要使MOS绝缘栅充电进程中输出必然的脉冲幅度,即可使开关管导通，而且其栅极并非消耗功率。该种逆变电源的出现大大提高了系统对非线性负载的适应性和其动态特性。主要内容通过前期对相关资料的查阅，本文分析和对比了全桥及半桥逆变结构及其控制方式的优缺点，通过比较，本文选用电压利用率较好、实际效果更好的单相全桥逆变电路作为本设计的主电路，随后介绍了

15、系统辅助电路的设计，并给出了产生SPWM波形方式及其程序，最后利用Proteus软件完成了系统仿真，分析其有效性和可行性后做出了相应的实物。本文的内容分为以下几个章节：（1）介绍本课题的来源、目的及其意义，并介绍逆变电源的国内外研究概况及其研究方向。（2）介绍逆变器的各类控制方式，通过对传统的逆变器控制方式与数字化控制方式的比较，得出数字化的逆变器是逆变器进展的趋势。（3）介绍逆变系统的大体结构，具体分析SPWM单相全桥逆变电路的工作原理及单极性、双极性SPWM控制方式，给出了SPWM控制脉冲的实现方式，即利用单片机芯片生成SPWM波。(4)本章主如果对系统硬件的设计，通过度析并计算逆变器中的元器件的参数并选择各元器件的型号，对整个硬件系统平台进行了详细的设计，主要包括逆变主电路、控制电路、主电路的驱动电路及保护电路的设计。(5)逆变电源的制作。(6)总结。2逆变器的主要控制方式传统的逆变器控制方式有模拟控制和模数结合控制两种方式，可是在这两种控制方式下的逆变系统结构复杂、本钱较高。随着对逆变器性能要求的愈来愈高，同传统控制方式比较，数字化的逆变器本钱低、控制简单、可调性强，数字化逆变器的长处使它成了逆变器进展的一种趋势。逆变