基于单片机的正弦逆变电源研制

论文摘要

在生产实际中,有很多电源是直流电源,如蓄电池、太阳能发电系统、风能和波能发电系统等,但大多数用电设备采用的是交流供电方式,这时就需要将直流电转化成交流电源供用电设备使用。例如,在消防领域所用的应急电源灯是需要交流电源供电,但在消防车里只有蓄电池,因此需要将蓄电池的直流电逆变成应急电源灯用的220V交流电源。本次设计的主要任务即是完成这种逆变电源的设计。本电源采用IGBT开关管组成全桥逆变电路,再由电感、电容滤波组成该逆变电源的主电路。目前,逆变电源大多采用正弦脉宽调制,即所谓SPWM技术。其控制电路大多采用模拟方法实现,电路比较复杂,有温漂现象,影响精度,限制了系统的性能。本逆变电源以ATmega8L单片机为核心组成控制电路,实现从SPWM信号的产生到PI闭环控制的全数字化控制。为了保证系统安全可靠地运行,充分发挥单片机的强大控制功能,由监测电路对逆变电源的运行参数,例如输入欠压、输出过载、过热等进行实时监控,实现对系统工作状态的自诊断并对故障进行相应的声光报警。本文先对系统的组成和原理进行介绍,然后是系统各个部分的软硬件设计,最后对逆变电源的输出波形和效率进行了分析。实验证明,本电源的设计基本达到了指标的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 逆变技术的应用及其发展
• 1.1.1 逆变技术的应用
• 1.1.2 逆变技术的发展概况
• 1.2 逆变器分类及技术指标
• 1.2.1 逆变器的分类
• 1.2.2 逆变器的技术指标
• 1.3 逆变器的数字控制
• 1.4 课题来源及设计指标
• 第2章 系统组成及工作原理
• 2.1 系统控制方案
• 2.2 系统框图
• 2.3 辅助电源的设计
• 2.3.1 电源控制芯片LT1170CQ及其应用
• 2.3.2 高频变压器的设计
• 第3章 主电路的分析与设计
• 3.1 主电路拓扑结构及工作原理
• 3.2 开关管的选择
• 3.2.1 IGBT的原理及特点
• 3.2.2 本逆变电源功率管的选取
• 3.3 缓冲电路的设计
• 3.3.1 减小关断损耗
• 3.3.2 减小分布电感对开关过程的影响
• 3.4 输出滤波器的设计
• 3.4.1 输出滤波器的理论分析
• 3.4.2 滤波电感与电容的设计及选择
• 第4章 控制电路的设计及软件流程
• 4.1 正弦脉宽调制SPWM的原理与实现
• 4.1.1 正弦脉宽调制（SPWM）的基本原理
• 4.1.2 正弦脉宽调制的控制方式
• 4.1.3 SPWM的生成方法
• 4.2 用ATmega8L产生SPWM
• 4.2.1 ATmega8L简介
• 4.2.2 SPWM脉冲数据的计算
• 4.2.3 用ATmega8L产生SPWM脉冲
• 4.3 数字PI控制算法及其实现
• 4.3.1 PI的参数整定
• 4.3.2 Q格式及偏差的标准化
• 4.3.3 定点运算与正弦表的更新
• 4.4 软启动的实现
• 4.5 软件流程图
• 4.5.2 监测单片机程序流程图
• 4.5.3 控制单片机程序流程图
• 第5章 驱动和保护电路的设计
• 5.1 驱动电路设计概述
• 5.2 IGBT驱动电路的设计
• 5.3 信号采集与保护电路的设计
• 5.3.1 输出过电流保护
• 5.3.2 输出电压检测电路
• 5.3.3 过热保护电路
• 5.3.4 欠电压保护
• 5.3.5 保护的实现
• 5.4 复位、液晶显示及声光报警
• 5.5 电磁干扰及其抗干扰措施
• 第6章 实验数据分析
• 6.1 波形分析
• 6.1.1 SPWM波形
• 6.1.2 驱动波形
• 6.1.3 IGBT集射极两端的电压波形
• 6.1.4 输出电压波形
• 6.2 效率分析
• 6.3 硬件电路外观
• 第7章 全文总结与展望
• 参考文献
• 附录A 部分程序
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢
• 研究生履历