基于单片机的变频变压电源设计

论文摘要

通过整流和逆变组合电路实现的软开关变频变压技术,是当今电力电子学领域最为活跃的研究内容之一,应用十分广泛,主要应用在交流电机调速和供电电源等领域。电源在任何电子设备中都有着极其重要的地位,然而各种用电设备所需要的电能形式却不同,因此,对变频变压电源的研究具有十分重要的理论意义和工程实用价值。本文提出了一种基于单片机（PIC18F4431）的变频变压电源系统,将电压220V频率50Hz的工频电,经整流、滤波变成直流电,再逆变成电压110V-220V频率40Hz-70Hz可调的交流电,供给电子设备使用。本设计采用单极性等面积正弦脉宽调制法和混合查表法,通过软件计算产生SPWM控制信号,同时对输出电压有效值进行实时采样,形成闭环控制系统,从而实现了变频变压的全数字化控制。由单片机发出的控制信号,经自举式浮充电路放大后给电力场效应管提供栅极驱动,通过开关器件的导通与关断,实现对直流电的逆变过程。同时,为保证安全可靠运行,系统还具备了输出过电流、输入欠电压、过热等自我保护功能。该设计方案结构简单、功能齐全,满足了当前开关电源的高频化、模块化、数字化、绿色化的发展趋势,具有波形好、体积小、效率高、精度高、可靠性强、输入范围宽、变频范围广的特点,具有很好的实用价值。本文先对变频变压电源的结构和原理进行了介绍,然后分别以系统主电路模块、驱动和外围模块、控制模块为核心,详细说明了各部分的软硬件设计原则,最后给出实验结果并对输出波形和效率进行了分析。实验证明,本设计切实可行,指标基本达到要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题目的及意义
• 1.2 国内外研究情况综述
• 1.3 变频变压电源的分类及技术指标
• 1.3.1 变频变压电源的分类
• 1.3.2 变频变压电源的技术指标
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 系统基本结构及工作原理
• 2.1 系统的基本结构
• 2.2 系统任务及功能细分
• 2.3 变频变压电源的控制策略
• 2.3.1 正弦脉宽调制的原理
• 2.3.2 正弦脉宽调制的控制方式
• 2.3.3 系统控制方案
• 2.4 辅助电源设计
• 第3章 主电路的分析与设计
• 3.1 主电路结构及工作原理
• 3.2 输入AC/DC电路设计
• 3.2.1 熔断器及EMI滤波器
• 3.2.2 整流滤波电路
• 3.3 开关器件的选择
• 3.3.1 电力MOSFET的结构及特点
• 3.3.2 本电源功率管的选取
• 3.4 缓冲电路的设计
• 3.5 输出滤波器的设计
• 3.5.1 输出滤波器的理论分析
• 3.5.2 输出滤波器的设计
• 第4章 驱动和外围电路的设计
• 4.1 驱动电路设计
• 4.1.1 驱动电路设计概述
• 4.1.2 自举式浮充驱动的设计
• 4.1.3 光电隔离电路设计
• 4.2 信号检测与保护电路的设计
• 4.2.1 真有效值转换芯片1tc1968简介
• 4.2.2 输出电压检测电路
• 4.2.3 输出过电流保护电路
• 4.2.4 过热保护电路
• 4.3 键盘与显示电路设计
• 4.3.1 键盘电路
• 4.3.2 显示电路
• 4.4 硬件的抗干扰设计
• 4.4.1 印刷板抗干扰设计
• 4.4.2 电源和地线抗干扰设计
• 4.4.3 集成芯片去耦设计
• 第5章 控制电路的设计与软件流程
• 5.1 正弦脉宽调制的实现
• 5.2 用PIC18F4431产生SPWM脉冲
• 5.2.1 单片机PIC18F4431简介
• 5.2.2 单片机PIC18F4431产生SPWM脉冲
• 5.2.3 SPWM脉冲数据的计算
• 5.3 数字控制算法的实现
• 5.3.1 控制技术概述
• 5.3.2 数字PID控制算法的实现
• 5.3.3 数字PID控制的参数整定
• 5.3.4 正弦表的更新
• 5.4 主程序
• 5.5 时基中断子程序
• 5.6 键盘与显示子程序
• 5.7 程序抗干扰设计
• 第6章 实验数据分析
• 6.1 波形分析
• 6.1.1 单片机SPWM波形
• 6.1.2 驱动波形
• 6.1.3 输出电压波形
• 6.2 效率分析
• 6.3 硬件电路外观
• 结论
• 参考文献
• 致谢