小功率移動逆變電源設(shè)計重點

9/18HYPERLINK"/"電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告小功率移動逆變電源指導(dǎo)教師：學(xué)生：XX學(xué)號：XXXXXXX專業(yè)：自動化班級：08級X班重慶大學(xué)自動化學(xué)院2011年1月課程設(shè)計指導(dǎo)教師評定成績表項目分值優(yōu)秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)評分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)態(tài)度15學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，嚴(yán)格保證設(shè)計時刻并按任務(wù)書中規(guī)定的進(jìn)度開展各項工作學(xué)習(xí)態(tài)度比較認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)良好，能按期圓滿完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)學(xué)習(xí)態(tài)度尚好，遵守組織紀(jì)律，差不多保證設(shè)計時刻，按期完成各項工作學(xué)習(xí)態(tài)度尚可，能遵守組織紀(jì)律，能按期完成任務(wù)學(xué)習(xí)馬虎，紀(jì)律渙散，工作作風(fēng)不嚴(yán)謹(jǐn),不能保證設(shè)計時刻和進(jìn)度技術(shù)水平與實際能力25設(shè)計合理、理論分析與計算正確，實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，有專門強的實際動手能力、經(jīng)濟(jì)分析能力和計算機(jī)應(yīng)用能力，文獻(xiàn)查閱能力強、引用合理、調(diào)查調(diào)研特不合理、可信設(shè)計合理、理論分析與計算正確，實驗數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，有較強的實際動手能力、經(jīng)濟(jì)分析能力和計算機(jī)應(yīng)用能力，文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研比較合理、可信設(shè)計合理，理論分析與計算差不多正確，實驗數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，有一定的實際動手能力，要緊文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研比較可信設(shè)計差不多合理，理論分析與計算無大錯，實驗數(shù)據(jù)無大錯設(shè)計不合理，理論分析與計算有原則錯誤，實驗數(shù)據(jù)不可靠，實際動手能力差，文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研有較大的問題創(chuàng)新10有重大改進(jìn)或獨特見解，有一定有用價值有較大改進(jìn)或新穎的見解，有用性尚可有一定改進(jìn)或新的見解有一定見解觀念陳舊論文(計算書、圖紙)撰寫質(zhì)量50結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強，層次清晰，語言準(zhǔn)確，文字流暢，完全符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計算機(jī)打印成文；圖紙?zhí)夭还ふ?、清晰結(jié)構(gòu)合理，符合邏輯，文章層次分明，語言準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計算機(jī)打印成文；圖紙工整、清晰結(jié)構(gòu)合理，層次較為分明，文理通順，差不多達(dá)到規(guī)范化要求，書寫比較工整；圖紙比較工整、清晰結(jié)構(gòu)差不多合理，邏輯差不多清晰，文字尚通順，牽強達(dá)到規(guī)范化要求；圖紙比較工整內(nèi)容空泛，結(jié)構(gòu)混亂，文字表達(dá)不清，錯不字較多，達(dá)不到規(guī)范化要求；圖紙不工整或不清晰指導(dǎo)教師評定成績：指導(dǎo)教師簽名：年月日自動化學(xué)院2008級自動化專業(yè)電力電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計的教學(xué)目的和任務(wù)電力電子技術(shù)是研究利用電力電子器件、電路理論和操縱技術(shù)，實現(xiàn)對電能的操縱、變換和傳輸?shù)目茖W(xué)，其在電力、工業(yè)、交通、通信、航空航天等專門多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)不但本身是一項高新技術(shù)，而且依舊其它多項高新技術(shù)進(jìn)展的基礎(chǔ)。因此，提高學(xué)生的電力電子領(lǐng)域綜合設(shè)計和綜合應(yīng)用能力是教學(xué)打算中必不可少的重要一環(huán)。通過電力電子技術(shù)的課程設(shè)計達(dá)到以下幾個目的：1、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特不是如何利用Intel網(wǎng)檢索需要的文獻(xiàn)資料。2、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)覺問題和解決問題的能力。3、培養(yǎng)學(xué)生運用知識的能力和工程設(shè)計的能力。4、提高學(xué)生的電力電子裝置分析和設(shè)計能力。5、提高學(xué)生課程設(shè)計報告撰寫水平。二、課程設(shè)計的差不多要求1.教師確定方向，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自立題目注意事項：①所立題目必須是某一電力電子裝置或電路的設(shè)計，題目難度和工作量要適應(yīng)在一周內(nèi)完成，題目要結(jié)合工程實際。學(xué)生也能夠選擇規(guī)定題目方向外的其他電力電子裝置設(shè)計，如開關(guān)電源、調(diào)光燈、鎮(zhèn)流器、UPS電源等，但不同意選擇其他班題目方向的內(nèi)容設(shè)計（復(fù)合變換除外）。②通過圖書館和Intel網(wǎng)廣泛檢索和閱讀自己要設(shè)計的題目方向的文獻(xiàn)資料，確定適應(yīng)自己的課程設(shè)計題目。自立題目后，首先要明確自己課程設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容。要給出所要設(shè)計裝置（或電路）的要緊技術(shù)數(shù)據(jù)（如輸入要求，輸出要達(dá)到的目標(biāo)，裝置容量的大小以及裝置要具有哪些功能）。如：直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速可控整流電源設(shè)計要緊技術(shù)數(shù)據(jù)輸入交流電源：三相380V10%f=50Hz直流輸出電壓：0~220V50~220V范圍內(nèi)，直流輸出電流額定值100A直流輸出電流連續(xù)的最小值為10A設(shè)計內(nèi)容：整流電路的選擇整流變壓器額定參數(shù)的計算晶閘管電流、電壓額定的選擇平波電抗器電感值的計算愛護(hù)電路的設(shè)計觸發(fā)電路的設(shè)計畫出完整的主電路原理圖和操縱電路原理圖列出主電路和操縱電路所用元器件的明細(xì)表2.在整個設(shè)計中要注意培養(yǎng)靈活運用所學(xué)的電力電子技術(shù)知識和制造性的思維方式以及制造能力。要求具體電路方案的選擇必須有論證講明，要講明其有哪些特點。具體電路元器件的選擇應(yīng)有計算和講明。課程設(shè)計從確定方案到整個系統(tǒng)的設(shè)計，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過刨析、提煉，設(shè)計出所要求的電路（或裝置）。課程設(shè)計中要不斷提出問題，并給出這些問題的解決方法和自己的研究體會。（注意：所確定的主電路方案假如沒有論證講明，成績不能得優(yōu)；設(shè)計報告最后給出設(shè)計中所查閱的參考文獻(xiàn)最少不能少于5篇，且文中有引注，否則也不能得優(yōu)）。3.在整個設(shè)計中要注意培養(yǎng)獨立分析和獨立解決問題的能力。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨力完成所設(shè)計的系統(tǒng)主電路和操縱電路等詳細(xì)的設(shè)計（包括計算和器件選型），嚴(yán)禁抄襲。4.課題設(shè)計的要緊內(nèi)容是主電路的設(shè)計，主電路的分析講明，主電路元器件的計算和選型，以及操縱電路設(shè)計。5.課題設(shè)計報告要求圖表規(guī)范，文字通順，邏輯性強。課題設(shè)計報告字?jǐn)?shù)5000字左右。三、課程設(shè)計的工作打算課程設(shè)計時刻5天。第1天上午，指導(dǎo)教師向?qū)W生講授課程設(shè)計的目的、任務(wù)、設(shè)計方法和注意事項。第1天下午和第2天學(xué)生到圖書館和Intel網(wǎng)上按照指導(dǎo)教師的要求查找所需要的文獻(xiàn)，并在閱讀分析中確定自己的研究題目、技術(shù)數(shù)據(jù)和設(shè)計內(nèi)容，交指導(dǎo)教師批閱。第3天學(xué)生的要緊任務(wù)是確定方案。第4天和第5天，學(xué)生的任務(wù)是綜合所學(xué)知識，進(jìn)行主電路和操縱電路的設(shè)計，撰寫課程設(shè)計報告。四、各班的題目方向1班題目方向：相控整流技術(shù)的工程應(yīng)用2班題目方向：斬波技術(shù)的工程應(yīng)用 3班題目方向：交流調(diào)壓或交流調(diào)功技術(shù)的工程應(yīng)用4班題目方向：無源逆變技術(shù)的工程應(yīng)用。目錄1引言 12電源設(shè)計的差不多要求 13電路總體方案的設(shè)計及相關(guān)原理 13.1主電路的設(shè)計 13.2電源的操縱結(jié)構(gòu) 33.3SPWM脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生 44主電路的參數(shù)設(shè)定與計算 45課程設(shè)計總結(jié) 5參考文獻(xiàn) 5TOC\o"1-3"\h\z\u小功率移動逆變電源設(shè)計1.引言目前，小功率移動逆變電源在工業(yè),交通運輸,通信系統(tǒng),計算機(jī)系統(tǒng),新能源系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。該類電源的功能是將蓄電池中的低壓直流轉(zhuǎn)換為市電交流。這類電源的一種主電路結(jié)構(gòu)是由高頻DC/DC和DC／AC(逆變)兩個環(huán)節(jié)組成。輸出波形和轉(zhuǎn)換效率是衡量這類產(chǎn)品的重要指標(biāo)，而保證這些指標(biāo)的關(guān)鍵之一是其操縱器的設(shè)計。

本文介紹一個基于高性價比16位數(shù)字信號操縱器DSP56F801和脈寬調(diào)制芯片UC3846的DC／AC電源設(shè)計，該設(shè)計實現(xiàn)了裝置中操縱信號的發(fā)生和測量信號的檢測，采納了電壓有效值反饋加前置濾波PID調(diào)節(jié)器的數(shù)字操縱和硬件與軟件相結(jié)合的抗干擾措施。實驗結(jié)果表明該設(shè)計的DC／AC電源的輸出波形、效率和可靠性等指標(biāo)均有所提高。2.電源設(shè)計的差不多要求設(shè)計的小功率移動逆變電源由高頻DC／DC環(huán)節(jié)和SPWMDC／AC環(huán)節(jié)組成。由UC3846操縱的DC/DC環(huán)節(jié)采納具有變壓器的推挽電路，實現(xiàn)低壓直流到高壓直流的變換并克服變壓器的偏磁?；贛OTOROLA的DSP芯片56F80l實現(xiàn)DC／AC環(huán)節(jié)的SPWM信號發(fā)生、輸出交流電壓調(diào)節(jié)和整個電源的監(jiān)測和愛護(hù)。該電源還應(yīng)該具有體積小，操縱簡單，可靠性較高，成本較低，逆變效率高，波形質(zhì)量好等特點，如此才能使產(chǎn)品在市場有較高的競爭力。3.電路總體方案的設(shè)計及相關(guān)原理3.1主電路的設(shè)計系統(tǒng)主電路原理圖：圖1為該設(shè)計的主電路結(jié)構(gòu)，其中24V蓄電池的直流電壓通過開關(guān)管S1和S2，高頻變壓器T、橋式整流器、L1和C1升壓為360V的直流高壓，再經(jīng)S1～S6組成的逆變橋得到220V/50Hz的交流輸出。3.1.lDC／DC環(huán)節(jié)

采納變壓器的升壓DC／DC環(huán)節(jié)中的原邊逆變電路拓?fù)溆邪霕蚴?、全橋式、椎挽式等。半橋式電路輸出電平只能為蓄電池電壓的一半，全橋式電路由于其?dǎo)通同路中存在2個管壓降，因此在低直流電壓回路中采納這兩種電路拓?fù)鋵⑾拗蒲b置的效率，而推挽結(jié)構(gòu)可充分利用蓄電池電壓，同時在導(dǎo)通回路中只有一個管壓降，因此本設(shè)計采納了推挽式結(jié)構(gòu)。

推挽變換器每周期內(nèi)S1和S2在各自的半周期內(nèi)導(dǎo)通一次。為了防止變壓器的偏磁，S1和S2輪流導(dǎo)通的時刻要相等，變壓器原邊的中心抽頭繞組的繞制要注意對稱。變壓器副邊將與原邊耦合產(chǎn)生的交流電壓升壓，然后經(jīng)不控整流得到高壓直流

3.1.2DC／AC環(huán)節(jié)

DC／AC變換器的主電路為由4個MOS管構(gòu)成的單相橋式逆變電路，將360V的直流電壓轉(zhuǎn)換成220V／50Hz的交流電壓。SPWM調(diào)制又分為非倍頻和倍頻兩種方式，本文采納倍頻單極性SPWM調(diào)制的逆變器，這種方式能夠在不改變開關(guān)管工作頻率的情況下，通過對門極脈沖操縱，使得輸出波形中最低次諧波頻率是開關(guān)頻率的2倍，從而能夠減小濾波器的容量和體積。單相單檄性倍頻調(diào)制驅(qū)動信號的產(chǎn)生能夠有兩種方法，一種是用頻率與幅值均相同，但相位卻相反的兩個正弦波和頻率為fc的三角載波交截，另一種是用頻率與幅值均相同，但相位卻相反的兩個頻率為fc的三角載波與一個正弦波交截，其結(jié)果均產(chǎn)生兩組PWM驅(qū)動信號，分不操縱單相逆變橋的兩臂，逆變輸出波形的等效載波頻率為2fc，本文采納的是前一方案。3.2電源的操縱結(jié)構(gòu)DC／DC環(huán)節(jié)由電流操縱型脈寬調(diào)制器芯片UC3846操縱。該芯片支持一個雙環(huán)操縱結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)、逐脈沖的電流限幅、對稱性校正和多電源模塊的并聯(lián)等功能。DC／DC環(huán)節(jié)由UC3846外部RC元件設(shè)置工作頻率為50kHz。本設(shè)計中測量DC／DC環(huán)節(jié)的輸出電壓VDC2以形成電壓外環(huán)，同時還將電流互感器套在變壓器T的輸入母線上測量流過主開關(guān)管的電流以形成電流內(nèi)環(huán)，通過UC3846形成雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)tout，以維持VDC2的穩(wěn)定。UC3846通過其外接元件可方便地設(shè)定DC／DC環(huán)節(jié)高壓側(cè)輸出電壓和低壓側(cè)的電流限幅值。

MOTOROLA公司的56F801為一種16位數(shù)字信號操縱器(DSC)芯片，它將數(shù)字信號處理器(DSP)和微操縱器豐富而靈活的外設(shè)集成在一個芯片中，可并行操作的3個執(zhí)行單元在一個指令周期中執(zhí)行6個操作，為多種應(yīng)用提供廉價的解決方案。它的一個突出特點是提供PWM和ADC模塊，支持多電機(jī)或多相操縱。56F801的PWM模塊生成SPWM信號方便簡潔，無需占用定時器資源。本設(shè)計中該芯片產(chǎn)生DC／AC環(huán)節(jié)巾S3~S6的PWM驅(qū)動信號，同時對裝置進(jìn)行監(jiān)測，履行測量和操縱的任務(wù)。3.3SPWM脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生

倍頻SPWM的實現(xiàn)是通過56F801的PWM模塊來完成的。該模塊具有6個PWM引腳，可支持3對具有插入死區(qū)的互補PWM信號輸出。單相DC/AC環(huán)節(jié)的設(shè)計中利用了3對互補PWM信號中的兩對來驅(qū)動S3～S6。其設(shè)計要點可簡述知下。

設(shè)置操縱寄存器PMCTL和配置寄存器PMCFG，設(shè)置預(yù)分頻因子為l和脈寬發(fā)生為中心對齊方式。

若設(shè)置三角載波信號頻率為9.6kHz，則在IPBus時鐘為40MHz且預(yù)分頻因子為l的情況下，PWM模塊中寄存器PWMCM存儲的模數(shù)(modulus)值為[PWMCM]=40M／9．6k／2=2084。

為防止一個橋臂上的兩個管子直通，通過設(shè)置脈沖死區(qū)寄存器PMDFADTM設(shè)置2μs的死區(qū)時刻。

PWMCM的賦值決定了脈沖的周期，而PWMVAL中的值則代表了脈寬，它們共同操縱15位計數(shù)器PWMCNT形成PWM波形。為了產(chǎn)生SPWM驅(qū)動信號，必須在每個周期產(chǎn)生中斷并在中斷服務(wù)中對PWMVAL中的值加以刷新。

通過對一個存儲于隨機(jī)存取存儲器中的脈寬表的檢索獵取本周期的脈寬并對PWMVAL賦值。對PWMVAL逐周期查表賦值的過程稱為周期參數(shù)重載。參數(shù)重載的頻率由PWM模塊的頻率和預(yù)分頻因子，以及載波的頻率來共同決定。4．主電路的參數(shù)設(shè)定與計算蓄電池額定電壓VDC1=24V;DC/DC環(huán)節(jié)的輸出電壓VDC2;副邊匝數(shù)N2=100;原邊匝數(shù)N1=10;占空比D=1.5;DC/DC環(huán)節(jié)中的直流電壓關(guān)系由式(1)描述由(1)式得VDC2=360V電源輸出額定交流電壓UN=220V電源輸出額定頻率fn=50HZ5.課程設(shè)計總結(jié)通過本次課程設(shè)計，對電力電子技術(shù)的知識有了更加具體，更加深入的的理解和直觀的認(rèn)識。通過設(shè)計那個小功率移動逆變電源電路，并對其工作原理設(shè)計及輸入輸出值的設(shè)定與計算，將理論和實踐聯(lián)系在一起。在設(shè)計過程中，需要應(yīng)用到的數(shù)電，模電及電路原理等方面的知識，通過此次設(shè)計也讓我將這些知識進(jìn)行了復(fù)習(xí)。而通過對參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和計算，提高了自身的計算能力和理解能力?？傊?，通過課程設(shè)計，我有了專門多收獲。不但讓自己的知識結(jié)構(gòu)更加合理，也讓自己