电力电子课程设计1组逆变器

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1 ：单片模块 2 ：辅助电源模块 3 ：boost 升压模块
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4 ：三相逆变主电路
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图 3.1 各模块电路板
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第 4 章 模块电路调试
4.1 连接模块与 spwm 波
图 4.1 模块连接
图 4.2 spwm 波
4.2 调试条件及方案
测试仪器: 双踪示波器。 测试方法： 将双通道示波器的两个探针接在单片机输出 PWM 的引脚；记录波形数 据：改变单片机输出 SPWM 的频率，返回第一步操作，直到调出 50HZ 的 SPWM 波 测试完。测试结果：因为三相的板子有 3 个输出端，得到的 SPWM 波形如图所示。
图 2.3
辅助电源
2.3 电路与程序设计
本三相电压型逆变器主要用的是 SPWM 控制技术，电路结构简洁而且具有优 良的机械特性同时性价比较高。 本系统主要采用的硬件滤波电路、三相全桥逆变 电路、LC 滤波器、单片机、按键设置电路以及一些外围电路。 2.3.1 逆变器主回路 在逆变的部分采用了 6 个 MOS 管组成了一个三相桥式逆变电路， 使用双极性 的调制方式进行调制， 输出的 SPWM 波形过经电感、电容组成的 LC 滤波器滤除高 次谐波，最后在负载就能获得三相的正弦波交流电压输出。 2.3.2 控制及驱动电路 本设计所采用的单片机是 STC15F2K60S2，它能使系统的到充分的实现，内 部自带高精度（0.4%）内部振荡器，它还拥有 38 个 I/O 口，该单片机内置上电 复位电路，有 8 路 10 位 ADC 模数转换、每个 I/O 能设置成输入输出模式，并且 具有具有 3 路 PWM 输出。 采用如图 1.4 所示 IR2104 半桥驱动电路，C1 为自举电容，D1 为快恢复二极 管。PWM 在上桥调制，当 Q1 关断时，A 点电位由于 Q2 的续流而回零，此时 C1
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第 2 章 电路设计与分析
2.1 主电路原理分析
2.1.1 MOSFET 半桥驱动电路原理
图 2.1 MOSFET 半桥电路
上图为本文采用的三相电压型逆变电路， 也可以看成是三个半桥逆变电路组 成，电路的基本工作方式为 180 度导电型，各相依次差 120 度。MOSFET 导通 顺序为 Q1Q5→Q1Q6→Q2Q6→Q2Q4→Q3Q4→Q3Q5。系统通过调节上桥 MOSFET 的 PWM 占空比来实现速度调节。 2.1.2 逆变器提高效率的方法 逆变器的效率也就是其输入输出功率之比， 即逆变器效率为输出功率比上输 入功率。 逆变器的效率提升技术研究主要集中结构和器件等方面的硬件改进主要 分为开关器件损耗、 变压器的损耗、 电抗器的损耗。 因本次设计的电压幅值较低， 没有涉及到变压器电路，因此本电路中只考虑开关器件与电抗器的损耗。
第 1 章 绪论
1.1 课题原理
本设计以 STC15F2K60S2 单片机最小系统板为控制核心，主拓扑结构为三相电压 式桥型逆变电路，采用 MOSFET 半桥驱动电路为主要驱动电路，单输入半桥驱动 芯片采用 IR2104，协调各个模块工作以实现题设功能。电路分为主电路、控制 模 块 、 辅 助 电源 模 块 等 部 分 。主 电 路 采 用 SPWM 逆 变 电 路 ； 控制 模 块 使 用 STC15F2K60S2 单片机的 PWM 输出端口产生控制信号，脉冲宽度调制信号驱动 IR2104 模块产生驱动电平，同时通过其内部数模端口采集电压、电流信号，通 过程序 PID 算法进行控制。本系统通过查表法生成 SPWM 脉冲信号控制内部硬件 PWM 模块，外接驱动电路驱动功率桥，达到逆变的目的，输出经滤波，最后得到 幅频稳定的交流电。
参考文献........................................................................................................................ 7 附录................................................................................................................................ 8
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通过 VCC 及 D1 进行充电。当输入信号 Hin 开通时，上桥的驱动由 C1 供电。由于 C1 的电压不变，VB 随 VS 的升高而浮动。每个 PWM 周期电路都给 C1 充电，维持 其电压基本保持不变。D1 的作用是当 Q1 关断时为 C1 充电提供正向电流通道， 当 Q1 开通时，阻止电流反向流入控制电压 VCC，D2 的作用是为使上桥能够快速 关断，减少开关损耗，缩短 MOSFET 关断时的不稳定过程，D3 的作用是避免上桥 快速开通时下桥的栅极电压耦合上升（Cdv/dt）而导致上下桥穿通的现象。
4.3 调试结果及分析
图 4.3 输出三相波形
通过测试结果可以看出，该逆变器可以输出三相的 50HZ 的正弦波电流。另 外地本系统外接 LCD 显示及按键，控制、观察系统工作模式与状态。
6来自百度文库
参考文献
[1] 谈扬宁， 朱兆优， 王海涛.基于 STC15xx 单片机控制的正弦波逆变电源[J]. 电 子元器件应用, 2009 (08). [2] 赵建武.三相 SPWM 逆变电源仿真设计[J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学 版),2008,(03).. [3]《电力电子技术》王兆安，刘进军主编 机械工业出版社 2009，（05） [4] 袁佳歆，潘建兵，饶斌斌，陈柏超，三相逆变器的最小共模电压 PWM 控制， 电工技术学报，2012，（8）. [5]《电力电子技术》.廖冬初，聂汉平主编.华中科技大学出版社.2007，（09）. [6] 魏伟.正弦波逆变电源的研究现状与发展趋势[J].电气技术, 2008，(11).
图 2.4
IR2104 半桥驱动电路
2.3.3 控制程序 正弦波逆变器的设计需要进行软件程序的设计。对于本系统的软件是由 C 语言编写的。 因为 C 语言可读性高，可移植性好所以本系统采用 C 语言来编写程 序，Keil uVision4 作为集成开发环境。
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第 3 章 模块电路制作
3.1 模块电路板 通过用 dxp 等软件画出 PCB 图，然后通过开板，制板，焊接，安 装元件等步骤得到如下图：
2.2 外围电路原理分析
2.2.1 升压电路的选择 同步整流升压式 DC /DC 电路通过施加同步驱动电压,可以使电路有效地工 作。该电路可以满足开关电源低功耗、高效率、小型化的需要。考虑到题目对效 率有较高的要求，因此选此作为升压电路。
图 2.2
BOOST 电路
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2.2.2 单片机的选型 采用 STC15F2K60S2 单片机作为主控制器控制外围电路进行 PWM 信号生成、 数值运算、键盘输入和 LED 控制，有片内 PWM/PCA 控制器，可捕获外部缓冲产生 PWM，有片内 AD，分辨率 10 位，8 通道。适合用于生成 PWM 波形，控制逆变器。 由于此方案简洁、灵活、可扩展性好，能完全达到设计要求，故采用。 2.2.3 辅助电源的设计 采用 7815 芯片 和 7805 芯片来驱动电路， 及相关电容参数， 达到产生+12v， +5v 的直流电压，分别为主电路的驱动电路供电，单片供电。
本科生课程设计
题目 三相电压式桥型逆变电路
学生姓名 指导教师 所在学院 专业（系） 班级（级）
习宇尘
电气工程及其自动化 2015 级
完成日期 2017 年 12 月 27 日
目
录
第 1 章 绪论.................................................................................................................. 1 1.1 课题原理......................................................................................................... 1 第 2 章 电路设计与分析.............................................................................................. 2 2.1 主电路原理分析........................................................................................... 2 2.1.1 MOSFET 半桥驱动电路原理.............................................................. 2 2.1.2 逆变器提高效率的方法...................................................................... 2 2.2 外围电路原理分析....................................................................................... 2 2.2.1 升压电路的选择................................................................................... 2 2.2.2 单片机的选型....................................................................................... 3 2.2.3 辅助电源的设计................................................................................... 3 2.3 电路与程序设计............................................................................................. 3 2.3.1 逆变器主回路...................................................................................... 3 2.3.2 控制及驱动电路................................................................................... 3 2.3.3 控制程序.............................................................................................. 4 第 3 章 模块电路制作.................................................................................................. 5 3.1 模块电路板..................................................................................................... 5 第 4 章 模块电路调试.................................................................................................. 6 4.1 连接模块与 spwm 波...................................................................................... 6 4.2 4.3 调试条件及方案........................................................................................... 6 调试结果及分析........................................................................................... 6