基于C8051F120的全数字单相逆变器.docx

第一章：绪论1．课程设计的背景随着信息技术的发展，逆变电源越来越广泛地应用于银行、证券、军事，医疗、航空航天 等领域， 早期的逆变电源，只需要其输 出不断电稳压稳频即可 ,今天的逆变电源除这些要求外 ,还必须环保无污染，即绿色环保逆变电源。同时随着网络技术的发展 ,对逆变电源的网络功能也提出了更高的要求。 高性能的逆变电源应该满足高的输入功率因数，较低低的输出阻抗，快速的暂态响应，稳态精度高稳定性高，效率高， 可靠性高，电磁干扰小，智能化完善的网络功能 。但模拟控制存在很多固有的缺点，因为采用大量的分散元件和 电路板，导致硬件成本较高，系统的可靠性下降，由于人工调试器件 的存在，如可调电位器,导致生产效率降低及控制系统的一致性差。器件老化和热漂移问题的存在，导致逆变电源的输出性能下降 ,甚至 导致输失常。产品二次优化困难，对采用模拟控制的同种逆变电源， 如果不改动硬件,要完成升级是不可能的 ,每一个新型模拟控制的逆变电源都要求重新设计和制造控制系统。模拟控制的逆变电源的监控功能有限 , 一旦出现故障，要想恢 复正常则必须到现场检查维修。 数字化、网络化已经成为信息社会的主流，伴随着高性能的控制器的出现，逆变电源的全数字控制已成为现实。能够实时地读取逆变电源的输出,并实时地计算出输出值,使得一些先进的控制算法应用于逆变电源的控制也成为可能。对于构建逆变电源的大量非线性电子元件的负载状况，可以针对非线性负载动态变化产生的谐波进行动态的补偿，从而使得输出谐波达到了可接受的水平。数字化是逆变电源发展的主要方向，但也存在着挑战,因为模拟控制中存在的许多问题有待于数字控制来解决。2．课程设计的意义逆变电源采用数字控制技术具有以下的明显优点：设计方面传统的逆变电源设计零部件较多元器件易受损,增加维修和维护的工作量，而采用单片机技术设计的逆变电源，已完全数字化，故零部件少、精度高，核心部件的维护和维修变得更为容易。输出电压的稳定性输出电压的稳定是所有逆变电源共同目标,在实际应用中，断电、停电所造成的危害比电压的不稳定要小,所以更高的用电稳定要求是供电安全的核心。输出电压波形失真度设备间因负载形式或负载变动产生的逆变电源输出失真在传统的逆变电源中体现明显,由此造成电源端的“ 二次污染 ” ,失真严重时还会使电压值下降、设备电源供应器负担增加、功率损失且产品寿命减少。采用单片机技术的逆变电源失真度可小于3%。超载输出能力传统的逆变电源,一般不能满载或超载运行，否则逆变电源的故障率会明显增多,且许多情况下不具备短路保护，断路切换等功能。采用单片机技术的逆变电源适合各种形式负载包括启动时产生的超载情况。体积采用单片机技术的逆变电源在同等类型的产品中体积最小 , 重量最轻而且系统的一致性更好，制造方便且生产成本更低。3．本设计的具体方案及本设计以C8051F120 为控制核心，采用单极性SPWM技术，选取IGBT功率模块作为开关元件。C8051F120通过片内PCA模块产生SPWM控制波形，通过片内A/D转换模块实现对输出电压的采样，经过电压单闭环PI控制，将反馈信号与给定基准电压进行比较得调节系数，输出带有死区的SPWM控制波形，经过隔离功率驱动模块放大，驱动单相逆变器开关元件输出电压。第二章：系统结构及控制原理2.1．逆变电源主电路结构逆变电源的主电路一般采用MOSFET、IGBT等大功率晶体管。在从整流器或蓄电池输入直流电源后利用功率模块的开关功能，进行经过一系列的电压调制、控制、滤波等向负载符合要求 的交流波。它一般由IGBT或大功率的晶体管主电路、逆变输出变压器、交流滤波器和各种控制电路组成。本文设计的单相正弦逆变电源可等效为下图的系统模型。。图中的E为直流母线电压，T1-T4为IGBT变流模块、电感L来自输出变压器的漏感，C为输出滤波电容。输出滤波电容与电感L组成了二阶输出滤波器用以以滤除逆变输出SPWM波中的高次谐波。其中,全桥逆变器、LC滤波器和负载组成了逆变系统中的被控对象。 整流桥对角的两个IGBT作为一组，每组同时接通或断开，两组开关轮流工作，在一个周期中的短时间内，四个开关将处于断丌状态。四个开关导通（或关断）占空比值均相等。在给T1,T4加触发脉冲，IGBT导通，电流流过T1的漏极，经过输出滤波电路回到T4的漏极。当T2,T4加触发脉冲时，此时T1,T4的触发脉冲消失，T2和T3这两个IGBT导通，但不能立即导通，先经过二极管续流，等电流下降到零时再开始导通。另外，这四个二极管还有限制过电压的作用。交流输入电压经过共模抑制环节后，再经过工频变压器降压，然后整流得到一个直流电压，此电压经过Boost电路进行升压，在直流环上得到一个符合要求的直流电压350V(50Hz／220V交流输出时)。DC．AC变换电路采用