程控交流电源(新)

程控交流电源

摘要本设计利用FPGA产生且幅值可控的正弦波。作为DC-AC电路的输入参考信号，其中DC-AC电路采用H桥，利用FPGA通过正弦波和三角波的比较而产生可调SPWM 波，改变正弦波的幅值实现了输出波形的闭环控制，以达到恒流的目的。FPGA产生了可调频率的SPWM信号，并且实现了LED频率显示，完成了题目的要求。在10Hz—500KHz频率范围内能够正常工作，实测效率很高，失真度极低。且具有步进高精确度功能。

Abstract

The objective of this design using the FPGA produce and amplitude controllable sine wave. As DC-AC circuit of the reference signal input, including DC-AC circuit adopts H bridge, and by using the FPGA through the sine wave and the comparison of the triangle wave and produce adjustable SPWM wave, change the sine wave amplitude realize the output waveform closed-loop control, in order to achieve the purpose of the constant flow. The FPGA produced adjustable frequency of the signal, and realize the SPWM LED frequency display, completed the topic request. In the 10 Hz ac 500 KHz frequency range can work normally, the efficiency is very high, low distortion degree. And has high precision step function.

关键词：FPGA、DC-AC、SPWM信号、A/D反馈

一、方案论证与比较

DC-AC逆变方案比较：

方案一：采用分立元件搭建三角波产生电路，正弦波产生电路，如MAX038，通过比较器比较产生正弦波宽调制信号，通过功率驱动全桥，完成功率放大，实现逆变。

方案二：采用专用集成SPWM芯片，产生SPWM信号，通过全桥驱动，实现逆变。

方案三：采用软件产生SPWM信号，经MOS管全桥功率驱动，实现逆变。

方案比较：方案一模块明确，分立元件成本低。方案二电路简单，易于控制。方案三硬件少，功耗小，易于实现闭环控制和改善系统性能。

综合考虑成本和效率问题，本系统选用方案三，用软件FPGA 来实现正弦脉宽调制。根据脉宽调制原理，软件计数产生高频三角波，与慢变的正弦波数据进行比较，当计数值大于正弦波数值时，输出高电平，当计数值小于正弦波数值时，输出低电平。这样输出脉冲宽度反应了正弦波的幅度变化。

该信号通过外围浮栅驱动器IR2010驱动MOS 管IRFP460全桥，实现功率放大，由低通滤波器滤出功率正弦波，即完成了DC-AC 逆变。 系统总体框架如图所示。

IR2110功率驱动

驱动桥

滤波

变压

器

负载

电压反馈

负载检测电路

频率相位

FPGA 单片机控制

电流检测电路

SPWM 信号

二、理论分析与参数计算：

3.提高效率的方法

1）使用合适的MOS 管和驱动电路，比如IR 高性能MOS 和H 桥驱动IR2110；

2）尽可能降低变压器损耗，变压器的损耗包含铜损和铁损，采用电流密度较低的绕组可以降低变压器的铜损，而采用较薄的硅钢片的变压器可以降低铁损，本设计采用了低损耗的

硅钢片变压器。

5.关于DC-AC输出直流成分和变压器的偏磁问题

在SPWM开关电路中由于正负信号的不对称，通常在变压器初级产生直流偏置。直流偏置的存在使得变压器磁芯容易饱和，一方面导致逆变效率下降，另一方面，较大直流分量的存在使变压器温升增大，容易损坏，工作不正常。因此，有效降低逆变器偏磁对系统性能非常关键。

本系统通过将桥壁中点与电压中点电压取样，采用偏置极性及大小，并对SPWM信号进行相应调整，闭环控制使直流偏置保持在较小范围内。

二、电路与程序设计

1.DC-AC电路

2.控制电路与控制程序（流程图）

三、测试仪器

示波器负载电阻箱失真度测试仪

四、测试方法与数据、结果分析

测试框图

测试方法：

1、

2、失真度

3、

测试数据：

条件理论值实测值参考参数失真度测试仪测失真度 45KHz

示波器

输出电流准确度电流步进 50欧负载

测试负载电阻

的电压曲线

U1=0.5V

U2=2.5V

U3=2.525V

U4=2.55V

U5=5V

测试频率频率步进 50欧负载

100Hz

200Hz

300Hz

99KHz

100KHz

示波器

改变负载，输出电压峰峰值在5V以内 50欧 40欧 20欧 10欧 5欧

五、总结

本设计采用更少元件、更低成本的FPGA数字方案来实现DC-AC逆变、。。。。。。等功能，通过精巧的FPGA电路设计，在波形失真度、变换效率。。。等方面远远超过指标要求，并且大大缓解了数字部分的逻辑负担。设计中所选的器件均具有相当高的性价比，如、、、、、微控制器，。。。。浮栅驱动器，对比传统的。。。。。。。方案，本作品更经济简洁，实用性更强。