畢業(yè)設(shè)計(jì)便攜式DCAC逆變電源設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（題 目：便攜式DC/AC逆變電源設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：xx學(xué) 院：xx系 別：xx專 業(yè)：xx班 級：xx指導(dǎo)教師：xx二七年六月摘要隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是功率MOSFET管和軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，便攜式DC/AC逆變電源得以應(yīng)用。本課題設(shè)計(jì)的便攜式DCAC逆變器用于24V直流電變換成220V50Hz的交流電。在設(shè)計(jì)中，DCDC部分采用反激式升壓整流結(jié)構(gòu)，變壓器采用EI型功率鐵氧體磁芯變壓器，DCAC側(cè)采用半橋式逆變結(jié)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中還應(yīng)用了100kHzPWM波對直流升壓側(cè)進(jìn)行調(diào)制。在半橋逆變部分，用單片機(jī)生成50HzSPWM波對逆變進(jìn)行脈寬調(diào)制，其優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)制出來的電壓信號諧

2、波分量小、功率因數(shù)高、電壓波形更接近正弦波。本課題所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品主要用于解決便攜式數(shù)碼產(chǎn)品和手機(jī)的充電問題。因?yàn)樵谟行┉h(huán)境之下，并不能夠找到可以為上述產(chǎn)品充電的交流電源，比如在汽車中和旅途中往往只能夠提供直流電源。本產(chǎn)品很好的解決了這類問題，所以本產(chǎn)品的市場推廣前景很好。關(guān)鍵詞：DCDC；DCAC；變壓器；PWM；SPWMAbstractWith the development of Power Electronics Technology and especially power MOSFET and soft-switch technology, DC / AC inverter power

3、 source for portable products was applied widely. This project design portable DC AC inverter for the usage of 24V DC converted into 220V 50Hz AC. Power demand load of 10 W, the output waveform for better quality sine wave. In the design, the part of DC DC uses the flyback booster rectifier structur

4、e.In this design it uses 100 kHzPWM wave to modulate the DC Boost right side. In the part of the half-bridge inverter, it generates 50 MCU HzSPWM wave inverter for pulse width modulation, The advantage is that the sine wave modulation signal voltage harmonic components are small, the power factor is

5、 high, the voltage wave forms closer to the sine wave shape. The product used for resolving the portable digital products and cell phone charger problem. In some environment, we can not find the 220v AC power for charging.for instance, when you are on the trip .the train and the car dont supply 220V

6、 AC power.This product solve those problems well, so the product will have a good prospects for promotion.Keywords: DCDC；DCAC；Transformer；PWM；SPWM目錄第一章緒論11.1 課題背景11.2 課題研究的相關(guān)理論概述及方案的初選11.3系統(tǒng)框圖的確定1第二章 DC/DC 電路的設(shè)計(jì)32.1 DC/DC電路的相關(guān)理論32.1.1 DC/DC變換器的拓?fù)漕愋?單管反激式變換器32.2反激式變壓器的設(shè)計(jì)6設(shè)計(jì)用基本參數(shù)設(shè)置及6變壓器的設(shè)計(jì)62.2.3 變壓器設(shè)計(jì)

7、的定量計(jì)算72.2.4 變壓器材料112.3調(diào)制電路的設(shè)計(jì)122.3.1 TL494的介紹122.3.2 TL494的工作原理12第三章 DC/AC電路設(shè)計(jì)153.1 半橋型逆變電路153.1.1 半橋電路的定量分析163.1.2 半橋電路的元器件選擇16第四章 SPWM調(diào)制電路的設(shè)計(jì)174.1正弦波脈寬調(diào)制17正弦波脈寬調(diào)制簡介174.1.2 SPWM脈寬調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)174.1.3 SPWM脈寬調(diào)制的生成方法184.2 改進(jìn)型SPWM生成技術(shù)的介紹194.3 SPWM的軟件實(shí)現(xiàn)204.4 SPWM的硬件實(shí)現(xiàn)214.4.1 硬件實(shí)現(xiàn)的方法214.4.2 硬件電路的介紹21第五章結(jié)論23參考文獻(xiàn)2

8、4附錄25謝辭28第一章 緒論1.1課題背景隨著人們生活水平的提高，人身邊的手機(jī)、MP3及數(shù)碼類產(chǎn)品逐漸增多。所以解決此類產(chǎn)品的充電問題尤為重要。絕大部分場合下，都可以找到可用的220V交流電源。但身處部分場合并不能提供交流電源。如在火車上、汽車中往往只提供24V或36V的直流電源。因此給這些經(jīng)常需要隨身充電的人士帶來了很大的不便。同時電力電子技術(shù)的進(jìn)步，尤其是軟開關(guān)技術(shù)、功率MOSFET管的關(guān)斷導(dǎo)通頻率的增高、PWM和SPWM技術(shù)的進(jìn)步。使得生產(chǎn)出便攜式的DC/AC逆變電源成為可能。本課題所研究的DC/AC便攜式逆變器，可以方便的在上述場合實(shí)現(xiàn)對數(shù)碼產(chǎn)品和手機(jī)的充電問題。1.2 課題研究的相

9、關(guān)理論概述及方案的初選在本課題中，所要運(yùn)用的理論部分主要涉及；電力電子技術(shù)、變壓器的選擇、PWM脈寬調(diào)制的相關(guān)理論及單片機(jī)的運(yùn)用知識。 在電力電子部分主要涉及DC/DC斬波電路的選擇及設(shè)計(jì)、DC/AC逆變電路的選擇及設(shè)計(jì)。變壓器的選擇涉及變壓器磁芯的選型、參數(shù)的計(jì)算與變壓器的磁芯的繞制。PWM脈寬調(diào)制的運(yùn)用，主要運(yùn)用PWM生成芯片構(gòu)建PWM生成電路及反饋電路。單片機(jī)的運(yùn)用主要涉及單片機(jī)生成SPWM對逆變電路進(jìn)行調(diào)制。1.3系統(tǒng)框圖的確定系統(tǒng)框圖如圖1-1所示24V直流電源DC/DCPWM脈寬調(diào)試芯片DC/ACSPWM脈寬調(diào)制芯片24V/5V220V/50Hz交流驅(qū)動驅(qū)動圖1-1 系統(tǒng)框圖整個系

10、統(tǒng)框圖分為兩個大的部分即DC/DC變換部分和DC/AC逆變部分。在DC/DC部分對直流24V進(jìn)行升壓。通過反激式變換器實(shí)現(xiàn)升壓功能，其中的PWM調(diào)制芯片及完成對直流信號進(jìn)行100kHz的調(diào)制，使其成為100kHz的脈沖信號，提高頻率以減小變壓器的體積，還通過反饋回路，構(gòu)建一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)，以保證整個系統(tǒng)的輸出電壓的穩(wěn)定性。DC/DC環(huán)節(jié)送出的高壓直流信號通過整流二極管和送入DC/AC逆變部分。DC/AC逆變結(jié)構(gòu)采用半橋式逆變結(jié)構(gòu)。通過SPWM正弦脈寬調(diào)制生成正弦波信號。其生成的220V正弦波信號具有諧波分量小和輸出波形接近正弦波的優(yōu)點(diǎn)?？驁D中的24V/5V電路部分用于生成SPWM的單片機(jī)和看

11、門狗電路的供電。第二章 DC/DC 電路的設(shè)計(jì)2.1 DC/DC電路的相關(guān)理論2.1.1DC/DC變換器的拓?fù)漕愋?、六種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)DC/DC變換器包括六種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：降壓Buck和升壓Boost是DC/DC變換器的兩種最基本的拓?fù)?。其他形式還包括Buck-Boost型、Boost-Buck型、Zeta型變換器由Buck-Boost 和Buck組合而成、Sepic型變換器由Boost和Buck-Boost組合而成。2、電氣隔離型DC/DC由基本的Buck型變換電路和基本的Boost型變換電路可以拓展為電器隔離型的DC/DC變換器。包括單管正激式、并聯(lián)交錯正激式、推挽式、推挽正激式、雙管正

12、激式。2.1.2單管反激式變換器1介紹反激變換器拓?fù)湓?W到150W的小功率場合中得到廣泛的應(yīng)用。這個拓?fù)涞闹匾獌?yōu)點(diǎn)是在變換器的輸出端不需要濾波電感，從而節(jié)約了成本，減小了體積。在以往一些中文參考資料的敘述中，由于同時涉及電路和磁路的設(shè)計(jì)，容易造成設(shè)計(jì)過程中的混亂，反激變換器電路本身的一些特性卻沒有得到應(yīng)有的體現(xiàn)。2不連續(xù)模式反激變換器的基本原理反激式電路的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。反激變換器在開關(guān)管導(dǎo)通期間，變壓器儲能，負(fù)載電流由輸出濾波電容提供。在開關(guān)管關(guān)斷期間，儲存在變壓器中的能量轉(zhuǎn)換到負(fù)載，提供負(fù)載電流，同時給輸出濾波電容充電，并補(bǔ)償開關(guān)管導(dǎo)通期間損失的能量。圖2-1 反激式電路的基本拓?fù)浣Y(jié)

13、構(gòu)電路的工作過程如下：當(dāng)M1導(dǎo)通，所有線圈的同名端（帶）相對于非同名端（不帶）是負(fù)極性。輸出整流二極管VD反向偏置，輸出負(fù)載電流由輸出濾波電容C提供。在M1導(dǎo)通期間，原邊上施加了一個固定的電壓(Vdc-1)（這里假設(shè)開關(guān)管的導(dǎo)通壓降是1V），并且流過以斜率dI/dt=(Vdc-1)Lp線性上升的電流，這里L(fēng)p是原邊的磁化電感。在導(dǎo)通時間的最后，原邊電流上升到Ip=(Vdc-1)Ton/Lp。當(dāng)M1關(guān)斷，磁性電感上的電流強(qiáng)制使所有線圈上的極性反向。假設(shè)這時沒有從次級繞組，只有主次級繞組，由于電感中的電流不能瞬時改變，在關(guān)斷的瞬時，原邊電流轉(zhuǎn)換到次級，幅值為IsIp（Np/Nm）。經(jīng)過幾個周期以后

14、，次級DC電壓已經(jīng)建立。隨著M1關(guān)斷，Ns上的同名端為正極性，電流從同名端流出，并且線性地下降，斜率為dIs/dt=Vom/Ls,其中Ls是次級電感。如果次級電流在下一個導(dǎo)通時間之前下降到0，則儲存在原邊電感的能量全部釋放到負(fù)載，稱這個電路工作于不連續(xù)模式。連續(xù)模式與不連續(xù)模式的工作特性不同，由于不連續(xù)的情況出現(xiàn)了電流的斷流，所以輸出的波形會受到一定的影響。但由于連續(xù)工作模式下需要非常的電容元件，成本較高。所以在對輸出波形要求不高的場合完全可以采用不連續(xù)工作模式。圖2-2不連續(xù)工作模式下的波形3.單管反激式電路的基本形式反激式電路的基本形式非常簡單，基本電路包含反激式變壓器、MOSFET功率管

15、、整流二極管、大的濾波電容和原邊的保護(hù)結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的電路的設(shè)計(jì)如圖2-3所示： 圖2-3 反激式升壓電路本設(shè)計(jì)電路中元件的選擇：MOSFET選用的是IRF456N，它的、，開啟電壓是4V。變壓器兩端所加的消耗電路中的二極管是UF4005，當(dāng)原邊儲存較大電壓時，為了保護(hù)MOSFET不被反向激起的電壓激壞，所以構(gòu)建消耗回路以保護(hù)MOSFET；同時串聯(lián)兩個15V的快速關(guān)斷穩(wěn)壓二極管，把反激電壓穩(wěn)定在一定的范圍之內(nèi)。副邊串聯(lián)的肖特基整流管可以選擇700V的。2.2反激式變壓器的設(shè)計(jì)2.2.1設(shè)計(jì)用基本參數(shù)設(shè)置及Vcc=24v升壓到640V（已知）開關(guān)頻率：100kHZ輸出功率：10W效率為80%變

16、壓器傳遞功率為：12W變壓器繞組導(dǎo)線2.5A/2.2.2變壓器的設(shè)計(jì)3）變壓器種類的確定本設(shè)計(jì)在DC/DC側(cè)采用100kHz的PWM波對其進(jìn)行調(diào)制，考慮到工作頻率越高時變壓器的體積越小。所以選用鐵氧體變壓器進(jìn)行變壓。選用EI型鐵氧體磁芯。其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。表2-1給出了EI型變壓器磁芯的具體參數(shù)。圖2-4 EI型磁芯結(jié)構(gòu)參數(shù)圖表2-1 EI型磁芯規(guī)格及參數(shù)型號A B C D E F H Ae(c) Le(cm) Ve(cm3)ALnH/N2e EI1616 5 12.2 2 0.198 3.46 0.67 1100 1575 EI1920 5.2 13.55 2.3 0.24 3.96 0

17、.95 1400 1825 EI2222 12.6 6 6 14.3 10.3 4.5 0.42 3.93 1.63 2400 2255 EI2525.3 19 6.5 7 15.3 12.2 2.7 0.41 4.7 1.927 2140 1962 本設(shè)計(jì)的負(fù)載功率為10W。EI-22型變壓器所帶的負(fù)載功率為20W，符合本設(shè)計(jì)的要求。2.2.3 變壓器設(shè)計(jì)的定量計(jì)算根據(jù)EI-22型變壓器磁芯計(jì)算本試驗(yàn)所用變壓器的參數(shù)，計(jì)算過程如下:1）計(jì)算原邊、副邊繞組的最小匝數(shù)式中：=最小原邊匝數(shù);T=導(dǎo)通時間，s;=最大ac磁通密度，T;=磁芯的最小橫截面積，；計(jì)算過程：=（匝）原邊V/匝=副邊的逆變結(jié)

18、構(gòu)為半橋結(jié)構(gòu)，所以選用的電壓為692V匝新的反激電壓每匝是2）計(jì)算占空比式中：=Q1的導(dǎo)通時間；P=總周期，；=新的副邊每匝反激電壓；=原邊每匝正向電壓；3）計(jì)算原邊電感平均電流導(dǎo)通周期的平均電流原邊電感（）知道了和以后可以根據(jù)Hanna曲線得到計(jì)算得：從而根據(jù)下列公式計(jì)算氣隙尺寸：在此，=氣隙總長度，；= 磁芯相對磁導(dǎo)率；=原邊匝數(shù)；=磁芯面積，；=原邊電感，。計(jì)算得：4）檢驗(yàn)磁芯磁通密度和飽和裕度計(jì)算磁芯飽和裕度（1）使用伏秒方程，計(jì)算交流磁通，并在最大負(fù)載和最小輸入電壓的輸入功率下，計(jì)算或測量“導(dǎo)通”時間值及所加的電壓，如下：在此，;“導(dǎo)通”時間，；=原邊匝數(shù)；=磁芯面積，；=交流峰值磁

19、通密度，T.計(jì)算得：（2）使用螺線管方程和有效的DC分量（表示為“導(dǎo)通”初期電流的幅值），計(jì)算DC分量。 假定磁芯的所有磁阻都集中在氣隙，將得到明顯較高的DC磁通密度保守值。使用螺線管方程可得到其近似值。 在此，H/M;=原邊匝數(shù)；=有效DC電流，A;=氣隙總長度，；=DC磁通密度，T.AC和DC磁通密度的疊加使磁芯出現(xiàn)峰值。而磁通密度的上限為0.22T,由此可見磁通密度的利用率比較高。5）計(jì)算繞組線徑原邊線徑的選擇：副邊線徑的選擇：2.2.4 變壓器材料1）鐵芯 有許多形狀的鐵芯但反激式變壓器一般選用EI型鐵心，原因是它的成本低，易使用。2）骨架 對骨架的主要要求是確保滿足爬電距離，初、次級

20、穿過磁芯的引腳距離要求以及初、次級面積距離的要求。骨架要用能承受焊接溫度材料制作。3）絕緣膠帶聚酯和聚酯膜是用作絕緣膠帶最常用的形式，它能定做成所需的基本絕緣寬度或初、次級全絕緣寬度（例如3M#1296或1H860）。4）勵磁導(dǎo)線 勵磁導(dǎo)線的護(hù)套首選尼龍/聚亞安酯，它在和熔化的焊料接觸時阻燃，這樣就允許變壓器浸泡在焊料鍋中。不建議使用標(biāo)準(zhǔn)的瓷釉導(dǎo)線，由于在焊接前要剝?nèi)ソ^緣層。5）3層絕緣導(dǎo)線 在3層絕緣結(jié)構(gòu)中次級繞組導(dǎo)線使用3層絕緣材料，和勵磁導(dǎo)線相似主導(dǎo)線是單芯，但是它有不同的3層結(jié)構(gòu)，即使三層中任意兩層接觸都滿足絕緣要求。6）護(hù)套邊沿空隙結(jié)構(gòu)變壓器繞組的首、尾端需要保護(hù)套。保護(hù)套必須經(jīng)過相

21、關(guān)的安全認(rèn)證至少有0.41壁厚以滿足絕緣要求，由于熱阻要求通常使用熱縮管，要確保在焊接溫度是不被熔化。2.3調(diào)制電路的設(shè)計(jì)2.3.1TL494的介紹TL494是美國德州儀器公司生產(chǎn)的一種電壓驅(qū)動型脈寬調(diào)制控制集成電路，主要應(yīng)用在各種開關(guān)電源中。本文介紹它與相應(yīng)的輸入、輸出電路等一起構(gòu)成一個單回路控制器。TL494的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成。TL494的工作頻率范圍很大，而其工作頻率可達(dá)300 kHz，可見TL494的可調(diào)性大。2.3.2 TL494的工作原理1）TL494的管腳結(jié)構(gòu)及內(nèi)部原理圖 圖2-5 TL494管

22、腳結(jié)構(gòu)圖2-5是它的管腳圖，其中1、2腳是誤差放大器I的同相和反相輸入端；3腳是相位校正和增益控制；4腳為間歇期調(diào)理。5、6腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容；7腳為接地端；8、9腳和11、10腳分別為TL494內(nèi)部兩個末級輸出三極管集電極和發(fā)射極；12腳為電源供電端；13腳為輸出控制端，該腳接地時為并聯(lián)單端輸出方式，接14腳時為推挽輸出方式；14腳為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，最大輸出電流10mA；15、16腳是誤差放大器II的反相和同相輸入端。圖2-6為TL494內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖2-6TL494內(nèi)部原理圖2）工作頻率的設(shè)定TL494的工作頻率可以經(jīng)過5、6引腳的外接電阻和電容進(jìn)行調(diào)整。一般來說改變電阻

23、的阻值和改變電容的容值都可以改變TL494的工作頻率，實(shí)現(xiàn)起來比較方便。根據(jù)公式：確定外接電阻和外接電容的數(shù)值。如本設(shè)計(jì)需要TL494工作在100kHz的工作頻率之下，可以應(yīng)用公式選擇電阻電容的數(shù)值?？紤]到TL494要求輸出阻抗大的特點(diǎn)，電阻的選擇數(shù)量級應(yīng)該在K級以上。所以選擇電容=0.01；電阻=10；設(shè)計(jì)周遍電路及反饋回路的構(gòu)建如圖2-7所示：圖2-7 TL494周邊電路的組成電路圖說明：TL494的一號引腳用于連接DC/DC電路送出的電壓反饋信號，四號引腳用于死區(qū)時間的設(shè)定。五號引腳外界的電容和六號引腳外接的電阻用于設(shè)定TL494的工作頻率。本設(shè)計(jì)要求PWM的輸出頻率為100kHz。九號

24、引腳和十號引腳輸出兩路PWM信號。第三章 DC/AC電路設(shè)計(jì)3.1半橋型逆變電路半橋電路如圖3-1所示。它有兩個橋臂，每個橋臂由一個可控元件和一個反并聯(lián)的二極管組成。在直流側(cè)有兩個互相串聯(lián)的足夠大的電容，兩個電容的連接點(diǎn)便成為直流電源的中點(diǎn)。負(fù)載聯(lián)接在直流電源中點(diǎn)和兩個橋臂結(jié)點(diǎn)之間。兩只串聯(lián)電容的中點(diǎn)作為參考點(diǎn)，當(dāng)開關(guān)元件M1 導(dǎo)通時，電容C1上的能量釋放到負(fù)載RL上，而當(dāng)M2導(dǎo)通時，電容C2上的能量釋放到負(fù)載RL上，M1和M2輪流導(dǎo)通時在負(fù)載兩端獲得了交流電能，半橋逆變電路在功率開關(guān)元件不導(dǎo)通時承受直流電源電壓Ud，由于電容C1和C2兩端的電壓均為Ud/2（假設(shè)C1=C2），因此功率元件M1

25、 和M2 承受的電流為2Id。引入均勻電阻的目的是為了平衡兩個電容上的電壓相等。兩個功率MOSFET管的調(diào)制信號來自單片機(jī)生成的SPWM信號，下一章將對其進(jìn)行闡述。圖3-1半橋逆變電路結(jié)構(gòu)3.1.1半橋電路的定量分析半橋電路的輸出電壓為。把幅值為的矩形波展開成傅里葉級數(shù)的其中基波的幅值和基波有效值分別為3.1.2 半橋電路的元器件選擇MOSFET K2845的漏源極電壓是720V，門極開啟電壓是10V，輸出功率在30W以上。開關(guān)電路中的MOSFET的保護(hù)成為重要的部分，由于在關(guān)閉開關(guān)器件時仍然有電流，為防止電流將晶體管擊穿，所以要設(shè)計(jì)RC吸收回路，對于本次設(shè)計(jì)屬于低頻率工作，可以只在MOSFE

26、T兩端并聯(lián)吸收消耗的電容即可。通常輸出要加入LC濾波電路才可以產(chǎn)生正常的交流電信號。根據(jù)就可以確定參數(shù)，一般情況下電容的耐壓值要大于，大約是350V，而電容值一般與輸出的功率有關(guān)。輸出1W對應(yīng)1，所以選擇10的電容，所以電容選擇的規(guī)律是1W對應(yīng)的1電容，所以選擇的10電容。通常電容的漏電流是幾十個，流過電容兩側(cè)的均勻電阻上的電流一般是漏電流的10倍，大約是1mA，由于輸出電壓是640V，所以電阻選300k。第四章 SPWM調(diào)制電路的設(shè)計(jì)4.1正弦波脈寬調(diào)制4.1.1正弦波脈寬調(diào)制簡介1）單極性正弦波脈寬調(diào)制方式用幅值為的參考正弦波與幅值為、頻率為的三角波比較，產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動信號。圖4-1是用

27、兩個極性相反的參考正弦波與雙向三角形載波相交產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動信號； 圖4-1單極性正弦脈寬調(diào)制SPWM原理波形4.1.2 SPWM脈寬調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)SPWM的優(yōu)點(diǎn)： (1) 在一個可控功率級內(nèi)調(diào)頻、調(diào)壓，簡化了主電路和控制電路的結(jié)構(gòu)，使裝置的體積小、重量輕、造價低。 (2) 直流電壓可由二極管整流獲得，交流電網(wǎng)的輸入功率因數(shù)接近1； (3) 輸出頻率和電壓都在逆變器內(nèi)控制和調(diào)節(jié)，其響應(yīng)的速度取決于電子控制回路，而與直流回路的濾波參數(shù)無關(guān)，所以調(diào)節(jié)速度快，并且可使調(diào)節(jié)過程中頻率和電壓相配合，以獲得好的動態(tài)性能。 （4）輸出電壓或電流波形接近正弦，從而減少諧波分量。關(guān)于SPWM的開關(guān)頻率 SPWM調(diào)制

28、后的信號中除了含有調(diào)制信號和頻率很高的載波頻率及載波倍頻附近的頻率分量之外，幾乎不含其它諧波，特別是接近基波的低次諧波。因此， SPWM的開關(guān)頻率愈高，諧波含量愈少。當(dāng)載波頻率越高時，SPWM的基波就越接近期望的正弦波。 SPWM脈寬調(diào)制的生成方法規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，它的效果接近于自然采樣法，但計(jì)算量卻遠(yuǎn)小于自然采樣法。圖 (a)采用鋸齒波作為載波的規(guī)則采樣法。由于鋸齒波的一邊是垂直的，因而它和正弦調(diào)制波交點(diǎn)時刻是確定的，所需的計(jì)算只是鋸齒波斜邊和正弦調(diào)制波的交點(diǎn)時刻，如圖4-2中（a）和(b)中的使計(jì)算量明顯減少。圖4-2 （a）和（b）分別采用鋸齒波和三角波作

29、載波的規(guī)則采樣法在自然采樣法中，每個脈沖的中點(diǎn)并不和三角波中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重合，規(guī)則采樣法使兩者重合，即使每個脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波中點(diǎn)為對稱，這樣就使計(jì)算大為簡化。圖(a)是這種方法的示意圖。如圖所示，在三角波的負(fù)峰時刻對正弦調(diào)制波采樣而得到D 點(diǎn)，過D 點(diǎn)作一水平直線和三角波分別交于A 點(diǎn)和B 點(diǎn)，在A 點(diǎn)的時刻和B 點(diǎn)的時刻B t 控制功率開關(guān)器件的通斷?？梢钥闯觯眠@種規(guī)則采樣法所得到的脈沖寬度和用自然采樣法所得到的脈部寬度非常接近。從圖(a)可得到如下幾何關(guān)系：因此得到式中=脈沖寬度=三角波的負(fù)峰時刻在三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊的間隙寬度為4.2 改進(jìn)型SPWM生成技術(shù)的介紹由上一

30、節(jié)所提到的通過規(guī)則采樣法生成SPWM波形的方法來看。生成SPWM的計(jì)算過程比較復(fù)雜。而且，過高的開關(guān)頻率無疑會增加功率管的開關(guān)損耗。下面介紹一種簡單的SPWM生成技術(shù)。如圖3固定脈沖寬度調(diào)制技術(shù)?？梢愿鶕?jù)等面積算法，計(jì)算脈沖的寬度，計(jì)算過程如下：圖4-3 等面積算法示意圖輸出的正弦電壓為：脈沖面積為；N為載波在一個正弦周期內(nèi)的個數(shù)；脈沖寬度；計(jì)算過程如下： 將正弦波的前半個周期分為等長度的五個部分，分別計(jì)算他們的面積，由于第一個面積與第五個面積、第二個面積與第四個面積相等，所以計(jì)算三個面積即可：根據(jù)公式對正弦波的三個區(qū)間進(jìn)行積分；正弦波的周期為50Hz，所以半個周期為0.01s；積分結(jié)果為一組

31、數(shù)值如下：（0.219，0.19，0.219，0.064，0.5，0.064，0.005，0.618，0.005，0.064，0.5，0.064，0.219，0.19，0.219）；根據(jù)公式計(jì)算脈沖寬度時間：設(shè)上數(shù)組中的數(shù)值為；脈沖時間為通過計(jì)算得出脈沖高電平與間斷周期的時間如下數(shù)組：（0.0007，0.0006，0.0007，0.0002，0.0016，0.0002，0.00015，0.002，0.0015，0.0002，0.0016，0.0002，0.0007，0.0006，0.0007）；將其整理成為單片機(jī)輸出高電平與低電平的數(shù)組如下：（0，0.0007，0.0006，0.0009，0.

32、0016，0.00035，0.002，0.00035，0.0016，0.0009，0.0006，0.00074.3 SPWM的軟件實(shí)現(xiàn)SPWM的軟件實(shí)現(xiàn)思想非常簡單，基本思想如下： 上數(shù)組表示了正弦波在半個周期內(nèi)經(jīng)過等面積計(jì)算的出的調(diào)制脈沖的高低電平的持續(xù)時間。由于需要輸出兩路調(diào)制信號，所以設(shè)計(jì)思想如下：第一路調(diào)制信號在前半個正弦周期查數(shù)組進(jìn)行高低電平的交替延時，除數(shù)組第一位數(shù)值以外，在奇數(shù)位輸出高電平，偶數(shù)位輸出低電平；后半個正弦周期周期以低電平輸出延時0.01s，然后循環(huán)上述步驟；第二路信號先進(jìn)行0.01s的低電平輸出延時，然后遵循第一脈沖前半個周期高低電平的延時規(guī)律，最后返回循環(huán)；程序框

33、圖見附錄4.4SPWM的硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)的方法產(chǎn)生SPWM調(diào)制信號主要有三種方法：1）采用分立元件的模擬電路法，缺點(diǎn)是精度低、穩(wěn)定性差、實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜以及調(diào)節(jié)不方便等，該方法目前基本不用。2）采用專用集成電路芯片產(chǎn)生 SPWM信號，如常用的HE4752芯片等這些芯片的應(yīng)用使變流器的控制系統(tǒng)得以簡化，但由于這些芯片本身的功能存在不足之處，致使它們的應(yīng)用受到限制。3）單片機(jī)數(shù)字編程法，其中高檔單片機(jī)將SPWM信號發(fā)生器集成在單片機(jī)內(nèi)，使單片機(jī)和SPWM信號發(fā)生器容為一體，從而較好地解決了波形精度低、穩(wěn)定性差、電路復(fù)雜、不易控制等問題，并且可以產(chǎn)生多種 SPWM 波形，實(shí)現(xiàn)各種控制算法和波形優(yōu)化, I

34、ntel公司推出的16位單片機(jī) 8XC196MC 就是這樣一種具有高性能的特別適用于PWM控制技術(shù)的單片機(jī)。硬件電路的介紹1） AT89C2051介紹 AT89C2051是一種低功耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內(nèi)帶有24K字節(jié)的可擦寫快速程序存儲器，高性能CMOS8位微處理器。它與標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)的指令集與管腳相同。但相比與MSC-51單片機(jī)，2051在價格上更有優(yōu)勢。在本設(shè)計(jì)中，要運(yùn)用2051單片機(jī)生成SPWM信號，要求生成兩路在相位上相差半個正弦周期的調(diào)制波形，以產(chǎn)生交流信號。2）X25045介紹 目前在微機(jī)控制中，電源的接通和關(guān)斷、瞬時的電源電壓不穩(wěn)定是造成系統(tǒng)死機(jī)、數(shù)據(jù)丟

35、失和誤動的重要原因。X25045的應(yīng)用主要是在發(fā)生上述情況時，保證單片機(jī)仍然能夠按照原先的要求正常的工作。X25045的四個基本功能是上電復(fù)位、看門狗定時、降壓管理和具有保護(hù)功能的串行EEPROM，它有助于簡化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高可靠性。3）驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)由于AT89C2051和X25045的工作電壓均為5V。所以本設(shè)計(jì)中采用7805構(gòu)建的+5V穩(wěn)壓電路解決驅(qū)動問題。整體的電路圖設(shè)計(jì)如下： 圖 4-4 單片機(jī)周邊電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的輸出信號為數(shù)字信號，所以需要通過驅(qū)動電路的轉(zhuǎn)換，才能驅(qū)動逆變電路中的MOSFET管。第五章結(jié)論本課題對便攜式DC/AC逆變電源進(jìn)行研究，解決了DC/AC逆變電源的攜帶

36、問題。提供了便攜數(shù)碼產(chǎn)品在只有直流電源時的充電問題。在設(shè)計(jì)中，DC/DC整流部分應(yīng)用單相反激式整流電路。運(yùn)用TL494芯片解決了對整流電路的調(diào)制問題和在前級整流結(jié)構(gòu)引入反饋問題，提高了電路的整體性能。DC/AC逆變側(cè)采用SPWM正弦波脈寬調(diào)制對半橋逆變電路進(jìn)行調(diào)制。充分利用了單片機(jī)生成SPWM波形的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。在很多環(huán)節(jié)采用簡單的設(shè)計(jì)理念，在不影響系統(tǒng)整體性能的基礎(chǔ)上節(jié)略成本。本設(shè)計(jì)電路擁有良好的抗負(fù)載擾動能力和功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。同時電壓的輸出波形接近正弦波波形。但同時應(yīng)該看到，本設(shè)計(jì)的很多東西仍然停留在理論的論證階段。由于時間和精力上的不足。沒有得到成型硬件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，很是遺憾。但同時，通過畢

37、業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)到的東西很多，不僅僅是對于四年所學(xué)知識的總結(jié)，更多的是學(xué)會了該類設(shè)計(jì)問題的解決步驟和解決方法，知道了解決設(shè)計(jì)類問題的具體步驟和思考的方法。參考文獻(xiàn)1 慕丕勛.馮桂林.開關(guān)穩(wěn)壓電源原理與實(shí)用技術(shù)M.科學(xué)出版社.20022 陳道煉.DCAC逆變技術(shù)及其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社M.20003 張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)（修訂版）M.電子工業(yè)出版社.20044 王兆安，黃 俊.電力電子技術(shù)（第4版）M.機(jī)械工業(yè)出版社.20065 Keith Billings著，張占松，汪仁煌譯.Switchmode Power Supply Handbook(Second Edition)M.McGraw Hill Education.20036Abraham l. Pressman 著，王志強(qiáng)譯.Swi