逆变电源的设计（本科）毕业论文设计.doc

目 录 引言 1 1 绪论 2 1.1 逆变电源的广泛应用 2 1.2 逆变电源的发展趋势 3 1.3 本课题的任务 3 2 逆变电源原理 5 2.1 开关逆变电源原理 5 2.2 SPWM概述 6 2.3 SPWM调制 7 2.3.1单极性正弦波脉宽调制方式 8 2.3.2双极性正弦波脉宽调制方式 9 2.4 SPWM的采样方法 10 2.4.1自然采样法 10 2.4.2规则采样法 10 2.4.3等面积法 11 2.5 SPWM生成方法 11 2.5.1调制过程特征 13 2.5.2载波比(N) 15 2.5.3脉冲的占空度 17 2.6 本章小结 17 3 逆变主电路设计 18 4 直流升压电路设计 19 4.1 直流升压主电路拓扑确定 19 4.1.1升压环节拓扑结构比较 19 4.2 升压电路选择 20 4.3 本章小结 21 5 控制电路设计 22 5.1 PIC16F73单片机及外围电路设计 22 5.2 驱动电路设计 22 5.3 本章小结 25 6 逆变电路设计 26 6.1 逆变电路拓扑确定 26 6.2 逆变主电路的选择 27 6.3 逆变主电路元器件及其参数选择 28 6.4 本章小结 28 7 采样反馈／保护电路设计 29 7.1 采样反馈电路设计 29 7.2 保护电路设计 29 7.2.1NMOS过流保护的必要性 29 7.2.2设计短路保护电路要求 30 7.2.3保护电路设计 30 7.3 本章小结 31 8 软件设计 32 8.1 正弦波脉宽的生成 32 8.2 软件设计 32 8.3 本章小结 35 9 实验结果与展望 36 9.1 实验结果 36 9.2 展望 37 10 总结 38 10.1 设计中的不足 38 谢 辞 39 参考文献 40 附 录 41 附录1单片机控制电路PCB 41 附录2 驱动电路PCB 41 附录3 逆变电路PCB 42 附录4 电压反馈保护电路PCB 42 附录5 程序清单 43 引言 随着国民经济的高速发展和国内外能源供应的紧张，电能的开发和利用显得更为重要。目前，国内外都在大力开发新能源，如太阳能发电、风力发电、潮汐发电等。一般情况下，这些新型发电装置输出不稳定的直流电，不能直接提供给需要交流电的用户使用。为此，需要将直流电变换成交流电，需要时可并入市电电网。这种DC-AC变换需要逆变技术来完成。用电设备对市电电网造成严重的污染，反过来，被污染的市电电网也会使用电设备工作不正常，用电设备之间通过市电电网相互干扰。为解决此问题，必须提高市电电网的供电质量。以逆变技术为基础的电力有源滤波器和电能质量综合补偿器可以净化市电电网，使其为用电设备提供高质量的电能。由于在用电高峰期间或者雷电、暴风雨等自然灾害可能造成市电电网的超量波动，甚至供电中断。这将造成用电设备工作失常，特别是计算机的数据丢失或者硬件的损坏。为此，需要不间断电源（UPS）来保证计算机的运行安全。UPS中的核心部件是逆变器。 本文的主要工作就是利用单片机设计正弦波逆变电源。第一章介绍了逆变电源的发展及应用；第二章介绍了逆变的工作原理；第三章到第六章介绍了本设计的硬件电路选择和软件设计；第七章是保护电路和反馈电路的介绍；第八章是调试样机的结果介绍及对所做的工作的一些展望；最后是总结。 1 绪论 1.1 逆变电源的广泛应用 现代逆变电源以其高集成度、高性能比、最简的外围电路、最佳的性能指标等显著优点而受到青睐，可以说逆变电源从问世以来就引起了国内外电源界的普遍关注。随着逆变电源技术的不断完善，逆变电源已经广泛地应用于计算机、电子设备、仪器仪表、通信设备和家用电器中。近年来随着电子信息产业的飞速发展，人们对逆变电源的需求也与日俱增，逆变电源也因此显示了其强大的生命力。逆变技术在新能源的开发与利用领域有着至关重要的地位。21世纪是能源开发、资源利用与环境保护互相协调发展的世纪，能源的优化利用与清洁能源的开发，是能源资源与环境可持续发展战略的重要组成部分。具有世界三大能源之称的石油、天然气和煤等化石燃料将逐渐被耗尽，氢能源与再生能源将逐渐取代化石料而成为人类使用的主体能源，这种能源的变迁将迫使发电方式产生一次大变革，使用氢能源与再生能源的高效低污染燃料电池发电方式将成为主体发电方式。因此，除此之外逆变技术还有下列主要应用: (l)交流电机变频调速:采用逆变技术将市电电网电压变换成幅值可调、频率、可调的交流电供给交流电动机，以调节电动机的转速，可用于控制风机、水泵、机床、轧机、机车牵引、电梯、传动及空调器等很多领域。 (2)UPS电源系统:在许多领域中被广泛应用的计算机、通信设备、检测设备等都需要采用UPS电源。UPS电源主要由整流器(包括充电器)和逆变器组成。在市电有电时，