基于单片机的变频变压电源设计

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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ltc1968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