单相正弦波变频电源自动化毕业设计(论文)

毕业设计单相变频电源设计专业电气工程及其自动化学生姓名倪玲班级B电气041学号**********指导教师陈荣完成日期2008年6月17日单相变频电源设计摘要：随着电力电子技术的飞速发展，变压变频电源已被广泛应用在各种领域中，与此同时，系统对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。

对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。

因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器，已成为电力电子领域的研究热点。

在阐述单相全桥式变频电源原理的基础上，讨论了变频电源主电路主要器件参数的设计。

为了提高输出波形质量，采用了基于脉宽调制器SG3525芯片的闭环控制电路，详细介绍了SG3525的应用特点，并分析了脉宽调制器SG3525产生脉宽调制波的形成过程，以及由SG3525控制的单相变频的实现原理。

经分析结果表明，这种控制方式可实现逆变电源变压、变频，控制系统简单可靠，使用灵活，适用性强，具有良好的应用前景。

关键词：正弦波脉宽调制(SPWM)；变频电源；闭环控制；逆变Design of the single-phase frequency- variable power supplyAbstract: With the power of the rapid development of electronic technology, variable voltage and variable frequency power supply has been widely applied in variable fields, at the same time the quality of the output voltage waveform in the variable frequency power also made increasing demands. The inverter output waveform quality requirements include two aspects: First, steady-state high precision and the other is a good dynamic performance. Therefore, the research and development is simple and has an excellent dynamic and static performance of the inverter control strategy, which has become a power electronics research in the field of one of the hot spots.This paper introduces the design of the main elements in the main circuit of the single-phase frequency-variable power supply, adopts the closed- loop control method which is based on pulse width modulation IC SG3525 to improve the quality of the output waveforms. This paper describes the characteristics of SG3525, analyses the formation process of making use of sine pulse width modulating signals produced by the SG3525 and the control theory of the single-phase inverter on SG3525. The experimental result shows that this control method to achieve variable voltage and variable frequency output of the power and the power supply has a good application prospect with the advantages of reliability, feasibility and adaptability.Keywords: sinusoidal pulse width modulation (SPWM); frequency-variable power supplier; the closed- loop control; inverter目录1绪论 (5)1.1 课题的研究背景 (5)1.1.1电力电子技术的发展 (5)1.1.2 变频电源的发展 (6)1.1.3 变频技术的发展动向 (6)1.2 课题研究的意义 (7)2 系统方案论证与设计 (8)2.1 系统方案论证 (8)2.1.1 结构方式 (8)2.1.2 构成变频电源方式 (10)2.1.3电压源型变频器和电流源型变频器 (11)2.2 系统结构组成 (11)3 变频主电路的设计 (12)3.1 电路构成 (12)3.2 变频电源的工作原理 (12)3.2.1 交—直部分 (13)3.2.2 直—交部分 (16)3.3 输出滤波电路设计 (18)4 功率器件的驱动和保护电路设计 (19)4.1 M57962L驱动电路的简介 (19)4.1.1 引脚排列及主要性能参数 (20)4.1.2 M57962L模块具有以下特点： (21)4.1.3 M57962L工作原理 (21)4.2 IGBT保护电路 (21)4.2.1 过流保护 (21)4.2.2 过压保护 (22)5 逆变器控制系统的设计 (23)5.1 SPWM控制技术 (23)5.1.1 PWM调制法基本原理 (23)5.1.2 SPWM波形生成方法的分析 (23)5.1.3 SPWM的约束条件 (26)5.1.4 SPWM调制方法 (26)5.2 SPWM控制电路设计 (27)5.2.1 SG3525的电路组成及各部分功能 (27)5.2.2 SG3525应用电路 (29)5．3 单片机接口电路设计 (30)5.3.1 A/D转换接口电路设计 (30)5.3.2 D/A转换接口电路设计 (33)6 结束语 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录 (40)1 绪论1.1 课题的研究背景1.1.1电力电子技术的发展1957年，美国研制出世界上第一只普通的(400Hz以下)反向阻断型可控硅，后称晶闸管。

由于传统能源的枯竭，各国对环境保护的重视以及现存电力系统的种种弊端，分布式发电将在未来的供电系统中发挥越来越重要的作用。

近年来以燃料电池发电技术，微型燃气轮机发电技术，光伏电池发电技术和风力发电技术为代表的新型分布式发电技术发展迅速。

但是分布式发电技术发出的电都不是与电网供电系统相同的交流电，无法与大电网联网或者直接供给普通负载使用，都需要变频装置将其变换成负载可以使用的交流电或者与大电网电压、频率相匹配的工频交流电。

因此，针对特定的分布式发电技术研究与其相配套的变频电源就很有必要。

本文针对内燃机拖动永磁发电机的中小功率分布式发电系统，设计一套变频电源，将发电机发出的中频交流电变换为相电压220V,频率50Hz的工频交流电。

在论述和分析了变频电源及其控制技术发展的概况和趋势的基础上，结合本课题任务的实际情况，设计了一套中小功率的逆变电源。

系统中PWM控制信号采用专用集成芯片SA4828生成，减轻了控制器的工作量也提高了系统的可靠性。

控制器选用集成了A/D转换器的单片机，使得系统的硬科复杂性降低，提高了可靠性。

Since the exhaustion of the traditional energy, the high opinion of the environment anda variety of defeats of the current power system, distributed generation would bring into play more and more significant action. Recent years, some new distributed generation technology,such as fuel cell, micro gas turbine, solar cell and wind power generation, developed rapidly.But electricity generated by them can not merge into the electrified。

毕业设计（论文）开题报告单相正弦波变频电源设计系部：专业：学生姓名：指导教师：开题时间：2012 年3月26 日一、总体说明在开题报告中要求给出你对课题的理解，类似的研究在国内外的进展情况，你对系统设计的初步设想，主要需要解决的技术难题和解决思路，同时应给出课题的时间安排。

二、开题报告内容1．毕业设计（论文）课题的目的、意义、国内外现状及发展趋势2．课题主要工作（设计思想、拟采用的方法及手段）3．完成课题的实验条件、预计设计过程中可能遇到的问题以及解决的方法和措施4．毕业设计（论文）实施计划(进度安排)5．参考文献三、撰写要求1．报告字数不少于3000字2．报告内容一律用A4纸打印3. 上交时间为毕业设计第三周周末。

二、课题预期目标及主要工作（设计思想、拟采用的方法及手段）1．设计目标本课题设计一个单相正弦波变频电源，研究的是电源的变频变压技术，其核心内容为逆变技术。

研制的电源主要功能是为各种设备提供电源，具有恒压输出、过热保护、过流保护等功能，且体积应尽可能小，稳定性好，可靠性高。

内容包括变频电源整体结构框图设计、系统主电路模块、、驱动和外围模块、控制模块等。

详细说明了各部分的软硬件设计原则，然后给出实验结果并对输出波形和效率进行了分析。

最后经实验证明，本设计切实可行，指标基本达到要求。

目标参数：（1）. 输入单相交流电220V，50HZ，输出单相正弦波交流电;（2）. 输出频率范围400HZ；（3）. 输出电压有效值220V，最大负载电流有效值10A;（4）. 计算机绘制电路图及PCB版图。

2．设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：本设计方案的设计思路如下：变频电源整体结构框图本设计主电路包括输入电路、逆变电路、输出滤波电路、缓冲电路以及继电器控制电路。

具体工作原理如下：（1）输入AC/DC电路输入AC/DC电路，把交流电转换为直流电，这个过程主要是通过整流电路完成的，整流电路是一个单相AC／DC变换电路，功能是把220V／50Hz的市电进行整流滤波后转换成稳定直流电输入到直流母线上，这主要是通过一个整流桥得以实现的，这样每半个周期都有两个二极管处于工作状态。

一种新颖的单相正弦波变频电源一种新颖的单相正弦波变频电源苏发军张兵陈培巾贵州电子信息职业技术学院电子培训班第4组100041号摘要本文提出了一种不使用产生SPWM（正弦波脉宽调制）波形的专用芯片，而实现单相正弦波变频的电源设计方案，其输出为（20－100）Hz 的单相对称交流电。

该系统具有如下特色：（1）为了保证系统输入电压的调整率，在整流电路与逆变器之间设计了Buck 电路，保证了直流母线电压的稳定；(2)为了在改变输出频率时，保持单相正弦参考信号的幅度稳定，且设有自动增益控制；(3)为了在变频、改变输入电压、改变负载过程中，保证输出电压稳定，采用反馈控制。

经实验观察，输出正弦波质量高，失真度小于5％，输出电压稳定可靠。

关键词单相正弦波变频；自动增益控制；独立反馈。

目录1.系统设计 (1)1.1设计要求 (2)1.1.1设计任务 (3)1.2方案比较 (3)1.2.1总体思路 (4)1.2.2单元电路的设计 (5)2.元器件选择及参数的分析与计算 (6)2.1系统调试记录表如下： (6)2.2.2元器件清单表……………………………………………………………… (7)2.2.3参考文献: (8)3.结束语: (8)3.1附图： (9)1. 引言变频电源在各行各业的应用日益广泛，目前，工程实际中应用最多的是一种称之为SPWM（正弦波脉宽调制）法的变频电源。

SPWM 技术是一种调制信号正弦化的PWM 技术，与直流变换电路的PWM 技术相比，区别仅在于调制信号（控制信号），在DC/DC电路中，控制信号只有幅值和极性的变化，但是在DC/AC 电路中，控制信号变成幅值和频率均可变化的周期信号，如何利用硬件或硬、软件相结合的办法经济﹑实用的实现高性能的SPWM 控制策略，便成了人们现在需要解决的问题。

随着集成技术的发展，目前市场上已经有了专用的单片机和专用的大规模集成电路，例如HEF4752，SA4828，SLE4520 等等，而且还会有一些新的芯片不断面世，但其价格一般都比较昂贵，硬件投资大，本文介绍一种新颖的单相正弦波变频电源的设计方法，该方法不使用产生SPWM（正弦波脉宽调制）波形的专用芯片，并且能够满足：（1）频率在（20Hz～100Hz）范围内可调，且输出电压有效值为15V～36V的可调单相交流电。

第1章概述任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。

电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。

传统的晶体管串联调整正弦波逆变电源是连续控制的线性正弦波逆变电源。

这种传统正弦波逆变电源技术比较成熟,并且已有大量集成化的线性正弦波逆变电源模块,具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点、但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都不得和很大的滤波器。

由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。

另外,由于调整管上消耗较大的功率,所以需要采用大功率调节器整管并装有体积很大的散热器,很难满足现代电子设备发展的要求。

在近半个多世纪的发展过程中，正弦波逆变电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛的应用，正弦波逆变电源技术进入快速发展期。

正弦波逆变电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。

它的功耗小，效率高，正弦波逆变电源直接对电网电压进行整流、滤波、调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器，此外，开关工作频率为几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。

因此正弦波逆变电源具有重量轻、体积小等优点。

另外，于功耗小，机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性。

而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为220V±10%,而正弦波逆变电源在电网电压在110～260V范围变化时,都可获得稳定的输出阻抗电压。

正弦波逆变电源的高频化是电源技术发展的创新技术,高频化带来的效益是使正弦波逆变电源装置空前的小型化,并使正弦波逆变电源进入更广泛的领域,特别是在高新技术领域的应用,扒动了高新技术产品的小型化、轻便化。

另外正弦波逆变电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。

单相正弦波变频电源设计报告作者：徐晓超高莹张晖（长春理工大学）指导教师：赵秋娣摘要本单相正弦波变频电源，通过整流滤波、逆变和单片机软件程序及其相应的控制电路采用脉宽调制电压的方法很好的实现了任务要求，即通过全桥整流滤波电路将整流过的信号，经过脉宽调制、高频滤波后转变成输出电压有效值为15V～36V可调、最大负载电流有效值为1A的单相正弦信号，其频率在20Hz~100Hz范围内可调。

当输入电压为198V～242V，负载电流有效值为0.5～1A 时，误差的绝对值小于5%，同时还具有过流保护功能，保护时自动切断输入交流电源。

完全满足了题目的要求。

本设计在很好的满足基本要求的基础上，还设计了硬件电路及相应软件程序来实现对单相正弦波变频电源的输出电压、电流、频率和功率的的测量功能。

整个装置具有输出稳定、误差小、失真度小等优点。

图1-1 总体原理框图一、方案设计与论证1、隔离变压器隔离变压器是整个装置是入口，将220V民用交流电源转换成有效值为50V交流电源，传送给整流电路。

2、整流方案实现交直流转换，入口为220V民用交流电，出口电压稳定在50V左右。

通过整流，将前极输送来的有效值为50V交流电信号，转变为45V左右的直流电信号，提供给逆变电路使用。

本设计采用一个Ⅱ型整流电路，将50V的交流电整流并经过电阻分压测得电压；经过二极管分流测得电流，从而得到输出功率。

、3 3逆变方案逆变电路是整体电路设计中最核心的部分，其中包含着一大亮点设计。

将直流信号转变为单相正弦信号的方法很多，我们这里选择用脉宽调制电压的方法巧妙的实现了这一转变，即通过改变脉冲的宽窄来改变电压的幅度。

（1）、脉冲的输出脉冲输出的宽度随着时间按照正弦波的幅值规律变化；脉冲个数随着时间与正弦波的频率成反比；一路脉冲串只在正弦周期的正半周内发出，在另半个周期内维持低电平；另一路脉冲串只在正弦周期的负半周发出，在另半个周期内维持电平。

保证了四支功率管正负半周轮流导通。

毕业设计(论文)课题名称单相正弦波逆变电源的设计学生姓名学号系、年级专业电气工程系指导教师职称教授2015 年5 月15 日正弦波逆变电源在工业领域有着广泛的应用。

该论文设计的功率是30W的单相正弦波逆变电源。

该论文首先对设计的目的、意义和国内外发展现状进行了阐述，以及设计要达到的技术指标要求；然后对逆变的主电路的设计方案进行了论证；接着阐述了逆变电源的详细设计过程，包括主电路中的四个功率MOSFET开关管型号参数的选择、缓冲电路的设计、LC低通滤波器参数的选择、基于STM32单片机的控制电路、基于IR2110驱动芯片的驱动电路等；最后对制作成的实物作品进行了测试和分析，得到了测试数据和波形，经过分析和计算与设计要求相符，验证了设计方案的正确性。

关键词：正弦波；STM32单片机；脉冲宽度调制；控制电路；逆变电路Sine wave inverter power supply in the industrial field has a wide range of applications.The power of this paper is 30W single-phase sine wave inverter power supply.The first papers on the purpose, significance and development status at home and abroad were introduced, and the technical indicators of the design to meet the requirements; then the main circuit of the inverter design are discussed; and then describes the detailed design process of inverter circuit, including the main circuit of the four power MOSFET switch tube type parameters selection, buffer circuit design, LC low-pass filter parameters, based on STM32 MCU control circuit, based on the IR2110 driving chip driving circuit; finally the physical works produced were tested and analyzed, obtained test data and waveform, through analysis and calculation are consistent with the design requirements, verify the design.Keywords：Sine wave；STM32 Single chip microcomputer；Pulse width modulation；The control circuit；The invert circuit目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 设计的目的、意义 (1)1.2 逆变电源的国内外现状及水平 (1)1.3 设计任务和要求 (2)1.4 设计进度安排 (2)2 方案设计 (3)2.1 半桥逆变电路 (4)2.2 全桥逆变电路 (5)3 单相电压型正弦波逆变电源的主电路设计 (7)3.1 主电路开关管参数的确定 (7)3.2 缓冲电路 (7)3.3 逆变电源LC滤波电路 (8)4 单相正弦波逆变电源的控制电路和驱动电路的设计 (10)4.1 PWM控制电路及其调制方法 (10)4.2 用STM32发双极性的SPWM波 (13)4.3 对SPWM波死区的设置 ···················错误！未定义书签。

单相纯正弦波变频电源设计孟芳芳;田胜;李珊红【摘要】With full bridge inverter structure,STC15W4K60S4 microcontroller is used as control core to design a single-phase sine wave inverter power supply.The test results show that the voltage adjustment rate is less than 1%;the load adjustment rate is less than 1% and power efficiency is about 95%.It is with the function of real-time display and voltage protection and over-current protection.%采用全桥逆变结构,以STC15W4K60S4单片机为控制核心,设计和制作了单相纯正弦波变频电源.测试结果表明,电压调整率小于1%,负载调整率小于1%,电源效率为95%左右,具有实时显示电压参数的功能,拥有欠压保护和过流保护功能.【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(039)001【总页数】7页(P39-45)【关键词】变频电源;EG8010;全桥逆变;IR2110驱动电路;Boost升压电路【作者】孟芳芳;田胜;李珊红【作者单位】合肥学院电子信息与电气工程系,安徽合肥 230601;合肥学院电子信息与电气工程系,安徽合肥 230601;合肥学院电子信息与电气工程系,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】TP303.30 引言理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波(无失真)。

变频电源是将市电中的交流电经过AC→DC→AC变换，输出为纯净的正弦波，输出频率和电压一定范围内可调，十分接近于理想交流电源。

单相正弦波变频电源设计胡良红;甘永进;宁维莲;甘国妹;蒋曲博;梁有赵【摘要】电源是电子设备都必不可少的部分,随着电子技术与电力技术的迅猛发展,各种电子设备对电源的要求也逐渐增高.本文设计的单相正弦波变频电源采用EG8010作为主控芯片,采用电压闭环反馈环路控制输出电压,由电压脉冲宽度调整电压稳定输出,由驱动信号频率的调整来改变输出信号频率.电路简单,更可靠,易于调试.【期刊名称】《玉林师范学院学报》【年(卷),期】2017(038)002【总页数】8页(P29-36)【关键词】单相;变频电源;电压;频率【作者】胡良红;甘永进;宁维莲;甘国妹;蒋曲博;梁有赵【作者单位】玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林 537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林 537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林 537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林 537000;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林 541004;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林 537000【正文语种】中文【中图分类】TN86当今社会对电源提出了使用便捷、可移动、不间断供电等较高要求[1].正弦逆变技术经多年研究发展后，逆变系统性能大幅度改善、能源转换效率大大提高、电磁污染更少，正弦逆变技术已经广泛应用于交流电场合，如生活中的空调、电视、电脑和各种适配器等.正弦波逆变技术为实际应用的持续发展奠定了坚实的基础，应用系统逐渐往高性能、高效率、大功率、高频化和智能化的方向发展.本设计制作一个稳压输出、频率可调的单相正弦波逆变电源.输出电压波形为标准的正弦波.设计过程中，主电路模块采用直流升压再进行交流逆变的方式，信号控制部分采用SPWM（正弦脉宽调制）信号驱动控制逆变桥.通过利用对逆变原件电MOSFET通断时间的变化，由驱动脉冲控制信号改变输出电压，使输出为正弦波交流电的稳压电源[2].1.1 DC-DC变换方案的选择方案一：推挽式直流变换器.推挽式直流电路由两个开关器件SW1、SW2轮流导通交替工作，输出电路没有输出变压器.电路中SW1和SW2是两个参数相同的开关器件，在电路中组成推挽形式进行工作，对正负半周的PWM波形进行放大，结构图如图1所示.电路工作时，两个对称的功率开关管轮流通断，且电路在整个工作周期之内都向负载提供功率，提高了电路带载能力.所以电压利用率较高，工作效率也较高[3].方案二：开关直流升压电路.电路由外部控制器的PWM信号控制开关器件的通断.其结构如图2所示.电路工作时，电感L会交替存储和释放能量，电感储能后进行能量传递使输出电压泵升.在电路放电过程中输出电容Cout会使输出保持一个持续的电流.当开关器件不断重复通断时，在输出电容两端得到高于输入的电压从而实现升压.通过改变PWM控制信号的占空比来改变输出电压的大小.该电路采取无隔离的直流升压，外围电路结构较为简单，功率损耗较小，可以达到较高的效率.方案三：专用集成升压芯片.如XL60XX系列大功率直流电源变换芯片，内置开关器件，外围元件少，具有宽输入和宽输出的电压范围，效率可高达90%以上，输出电压稳定，纹波小，内置有过温保护、过流保护双重保护电路，可靠性高.方案比较：推挽式直流变换器需对主控芯片外围电路进行设计，变压器的设计、绕制、制作调试较复杂；开关直流升压电路较简单，只需对主控模块进行设计，不需对变压器进行设计.全集成升压芯片内部集成MOSFET管，外围器件少，系统成本低.由设计性价比、制作调试难易程度等考虑选择方案三.1.2 DC-AC变换方案的选择方案一：推挽式DC-AC变换电路.经高频变压器升压与隔离，其输出经LC滤波器滤波后得到所需要的正弦波交流电，如图3所示.由图知，逆变器的主电路开关器件驱动信号是由正弦脉冲宽度调制脉冲串即正弦化脉冲宽度调制（SPWM）来进行控制通断，分别驱动功率场效应管Q1、Q2,使Q1、Q2交替导通，从而在高频变压器的副边得到SPWM波形，将这个SPWM 波“平滑”后，可以获得连续变化的“正弦波”波形[4].电路在整个功率变换过程中，可由变压器同时完成电路的升压和逆变，因此电路较简单，效率高.方案二：半桥式DC-AC变换器.半桥电路的两个开关器件在驱动信号作用下交替导通和截止.电路在整个工作周期之内都向负载提供功率输出，如图4所示.方案三：全桥式DC-AC变换器.全桥电路中同一桥臂不能同时导通，互为对角的两个晶体管同时导通，将直流电压转变为交流电压，通过调节控制信号的占空比改变输出电压，如图5所示.方案比较：方案一中变压器易出现磁通不平衡引起的偏磁而导致磁芯饱和，使得输出波形发生失真，且变压器绕制较困难.不同于推挽电路为输入电压的两倍，半桥式逆变器的晶体管电压应力等于输入电流电压.因此可采用价格低廉的晶体管做开关器件.全桥式电路需要四个开关管，其承受的电压电流额定值较小、效率高，当输出功率和输入直流电压相同时，全桥逆变器的开关电流较半桥逆变器减小一半，所以采用方案三.1.3 SPWM实现方案的选择方案一：由文氏电桥式振荡电路产生正弦波信号，特点是起振容易、波形失真小,频率稳定.把正弦波通过双运放组成的精密整流电路进行整流，将正弦波变成馒头波.采用NE555为核心的高线度三角波发生器作为载波，用减法电路将馒头波整体下调，与三角波最低电位持平，而后将电位下调的馒头波和NE555产生的三角波通过比较器进行比较，产生同相位的SPWM波[5]，如图2.6所示.方案二：单片机编程产生SPWM.单片机产生编程的产生SPWM信号很方便，且用单片机产生的SPWM波形信号波形性能稳定、一致性好、抗干扰能力强.方案三：纯正弦波逆变发生器专用芯片.如EG8010、TDS2285、SA838、SLE4520等芯片.其外围电路简单、性能优良、方案灵活.方案一电路模块较复杂，调试麻烦；方案二涉及一定的编程原理；方案三电路简单、易实现.根据单相正弦波变频电源的设计要求及原则，选用方案三，使用脉冲宽度调制SPWM专用控制芯片EG8010产生SPWM波.2.1 DC-DC升压设计采用全集成升压芯片XL6019，其内部采用常规拓扑BOOST全集成恒压输出方案，固定220KHz开关频率，5-40V超宽电压范围输入，输出电压线性可调，最高可支持60V输出；芯片具有过温保护和过流双层保护，可靠性高；系统转换效率可达到94%以上，具有外围器件少，系统成本低.电路图如图7所示.2.2 SPWM产生器设计将SPWM发生器设置为0-100Hz纯正弦波频率可调，单极性输出模式，设计上带有软启动，其中具有电压反馈和电流反馈双重反馈.电路使用12M晶振为系统提供基本时钟信号，用精调电阻调节电压实现变频，使能输出端，接上拉电阻启动SPWM输出.电路原理图如图8所示.2.3 驱动电路设计采用2块IR2110驱动全桥逆变电路的4个开关管，外围电路简单.IR2110兼有光耦隔离(体积小)和电磁隔离(速度快)的优点[6].电路原理图如图9所示.2.4 逆变电路设计本正弦波变频电源采用单极性调制，逆变桥的左桥臂上管和右桥臂下管作为SPWM波输出，右桥臂上管和左桥臂下管作为基波输出[7]，原理图如图10所示.2.5 电路保护模块设计过流保护即输出负载出现过流时，切断驱动信号，对电路系统自行保护.原理图如图11所示.2.6 电路保护模块设计设计需+12V和+5V两路辅助电源.由LM7805产生稳定+5V为SPWM发生器、过流保护电路和驱动电路中IR2110的VDD引脚供电.由LM7812产生稳定+12V 为驱动电路中IR2110的VCC引脚供电.电路原理图12所示.本设计测量参数主要有：（1）输出频率范围；（2）各个输出频率的电流和电压（直流输入电压值、直流输入电流值、经过升压逆变后的输出交流电压、交流输出电流）；（3）系统效率；具体数据如表1所示本设计输出最小频率fmin为16.8Hz，输出最大频率fman为100Hz.最小输出频率和最大输出频率如图13和14所示.由测试结果可知，输出频率从16.8Hz至100Hz频率段，系统效率均可达到指标大于80%的要求，系统的整体效率随着输出频率的升高而逐渐下降.在30Hz～80Hz频率段，输出电压满足U0=24±0.1V的性能指标.当输出频率f0=49.98时，电流I0=1.01A，输出电压U0=24V；满足性能指标50±0.5Hz，电流I0=2±0.1A 时，输出电压U0=24±0.1V；当减小电压增大输出电流时，过流保护电路在输出电流为2.48A时关闭了驱动信号的输出，实现了预先设置I0=2.50A时的过流保护功能.【相关文献】[1]杨春华.正弦波逆变电源的研究与设计[D].东华大学，2009.[2]付俊峰.小容量可调交流电源设计[D].大连海事大学，2014.[3]朱代祥.单相正弦脉宽调制逆变电源的设计[D].四川大学，2004.[4]王晓峰.宽幅变频变压交流正弦波信号源研究[D].西北工业大学，2004.[5]朱朝霞.正弦波输出变频变压电源调制方式的研究[D].浙江大学，2005.[6]李爱文，张承慧.现代逆变技术及其应用[M].北京：科学出版社，2000．[7]周志敏，周纪海，纪爱华.逆变电源实用技术[M].北京：中国电力出版社，2005．。

单相正弦波变频电源摘要该变频电源以TI公司的430芯片msp430fe427为主控核心，内部调制生成SPWM信号，驱动全桥逆变电路，将直流电压转换成为交流电压，其幅值和频率可以通过430内部软件编写来进行调节。

本系统外接点阵液晶以及键盘，可以实时显示输出电压，电流，功率和交流电压频率，并且可以通过键盘设定电源输出电压的有效值和频率。

另外本电源具有过流保护功能，可在输出电流过大时切断交流输入端，提高系统的安全性和可靠性。

关键词：逆变过流保护AbstractThe frequency conversion power to TI company's 430 chips as the controller msp430fe427 core, internal SPWM modulation signal generation, drive the whole bridge inverter circuits, will be transformed into dc voltage ac voltage, the amplitude and frequency can through the 430 internal writing software to adjust. This system external LCD and keyboard, can real-time display output voltage, current, and power frequency and voltage, and can be set through the keyboard output power the effective value of voltage and frequency. In addition the power supply has the over-current protection function, can be in output current too big when the ac input, improve the reliability and safety of the system.Keywords: inverter over-current protection一，绪论在任何一个电路之中，电源是一个电路的最核心的模块，电源的设计指标关乎一个电路是否可以正常的工作，按照交流和直流的分类，电源可以分为交流电源和直流电源，可以将直流电源的频率看成是0，所以对于这两类的电源都会有两个重要的指标：幅值的稳定和频率的稳定。

单相交流程控电源控制系统的研究摘要近些年来，随着电力电子技术、自动控制技术的迅速发展，变频电源作为电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。

本文所设计的单相交流程控电源测控系统实际上为一大功率变频电源的测控系统，控制输出幅度、频率可调的正弦功率信号，并对输出的大功率信号进行实时监测。

其输出信号波形理想，电压幅度在180V~300V范围内连续可调，%；信号频率在30Hz~1000Hz 范围内连续可调，误差为1%；最大输出功率为40KW。

以上特性在一定程度上满足了用户的需求，用户在得到轻度谐波污染的电能供应的同时，又可以在步长和范围允许的情况下通过人机界面很方便地改变输出信号的参数，得到需求的信号。

整个设计结合电机控制原理，根据直接数字频率合成法(Direct Digital Frequency Synthesis 简称DDFS 或DDS)设计产生调制波和载波信号的电路，最终通过绝缘栅双极型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)驱动生成大功率交流信号。

设计中选用性价比较高的复杂可编程逻辑器件EPM570T144I5，在EPM570 中实现DDS 所需的逻辑单元，将调制波和载波波形数据存储于高速静态随机存取存储器(SRAM)——61LV6416 中。

然后将存储于SRAM 中的波形数据通过数字模拟转换器(DAC)AD5445 转化成模拟信号，最后通过低通滤波器滤波，得到平滑的信号。

为了对系统中的电压、电流等模拟量进行监测，本设计选用美国模拟器件公司(ADI)的高性能同步采样模拟数字转换器(ADC)AD7656 来转换互感器采集的信号。

同时对输出信号幅度通过软件实现比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative，简称PID)调节，保证了良好的精度，实现了系统的稳压输出。

本设计以恩智浦(NXP)公司的32 位ARM7 微控制器LPC2214 为控制核心，结合高速复杂可编程逻辑器件EPM570T144I5 作为实时逻辑控制单元，达到了较理想的信号采样、分析处理、波形输出及相关控制。

自动化毕业设计（论文）-基于单片机的逆变器的设计学校代码：11059学号：Hefei University毕业设计（论文）BACH ELOR DISSERTATION论文题目：基于单片机的逆变器的设计学位类别：工学学士年级专业（班级）：09自动化(1)班作者姓名：导师姓名：完成时间：2013年5月21日基于单片机的逆变器的设计中文摘要电力系统变电站和调度所的继电保护和综合自动化管理设备有的是单相交流供电的，其中有一部分是不能长时间停电的。

普通UPS设备因受内置蓄电池容量的限制，供电时间比较有限，而直流操作电源所带的蓄电池容量一般都比较大，所以需要一套逆变电源将直流电逆变成单相交流电。

随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。

对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。

因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。

应用模拟电路控制逆变电源的技术已经发展多年，但是它仍存在着诸如电路结构复杂、抗干扰能力弱和调试困难等缺点。

随着高性能微处理器的出现，使得逆变电源的数字化控制成为现实。

数字控制技术能够简化电路，克服温漂，是逆变电源的发展趋势。

本文顺应这种趋势设计了一台基于单片机控制的高频链正弦波逆变电源。

文章首先阐述了逆变技术的研究背景和发展历程，同时着重介绍了逆变器数字控制技术的应用前景，提出了本课题的主要研究内容；其次，介绍了逆变系统方案选择与设计部分，分析与比较了几种具有代表性的逆变器系统结构及其控制策略的优缺点；最后，对逆变电源各个关键工作点的波形以及在不同负载情况下的最终输出波形进行测试分析。

实验结果表明，本电源基本达到了设计指标的要求。

关键词：高频链逆变电源；高频变压器；SPWM；反馈控制；单片机Design of sinusoidal Inverter Power Supply Based onMicrocontrollerABSTRACTWith the continuing development of electronic technology, inverter power supplies are widely used. Analog Control Inverter technology has been developed for many years, but there are also some shortcomings, such as circuit complexity, weak anti-interference ability and so on. With the emergence of high-performance microprocessors, making the digital control of inverter become a reality. Digital control technology can simplify the circuit and overcome temperature drift. It is the development trend of power inverter. Response to this trend, in this thesis we designed a microcontroller-based chain of high frequency sine wave inverter.The emergence and development of link invert technology is introduced in this paper first. While highlighting the application prospect of digital control technology in inverter, presented the main contents of this thesis. Analysis and compare the advantages and disadvantages of several representative inverter system structure and control strategy in the electrical way design part. We choose single-pole SPWM control unidirectional high-frequency link inverter which is easy to realize. Then the electrical way of whole system is determined. The principle of push-pull circuit structure is analysised in the design part of DC-DC push-pull step-up. Then calculate the parameters of MOSFET, rectifier diode and output filter to select the appropriate devices. Design the isolated voltage feedback circuit based on TLP250.In the high frequency transformer design part, through formula calculated we can derivate the maximum power capacity of the core, first-class turns ratio and winding specifications. In the part of DC-AC, including hardware design and software design. In the hardware design, we described the principle of full-bridge DC-AC inverter topology and design RCD Uptake buffer circuit, after class output filter, over-current protection circuit and voltage sample conditioning circuit. In part of software design, ATmega128 microcontroller is used to implement the control function in the inverter power supply so digital control both of the generation of SPWM signal and negative feedback control is realized.KEY WORD: MCU; Inverter; TDS2285; Negative feedback control; SPWM目录第一章前言 (1)1.1概述 (1)1.2逆变技术的发展方向 (2)1.2.1半导体功率器件的发展 (2)1.2.2提高逆变器的效率 (2)1.2.3提高逆变器的工作可靠性和EMC性能 (3)1.3数字控制逆变器的研究现状 (3)1.4本文的主要研究内容 (3)第二章逆变系统方案的选择及设计 (4)2.1现有逆变方案对比 (4)2.1.1低频链逆变系统 (4)2.1.2高频链逆变器 (5)2.2单向电压源高频链逆变器实现方案 (7)2.2.1 DC-DC变换器 (7)2.2.2 DC-AC逆变器 (9)2.3逆变系统控制策略 (10)2.3.1 SPWM波的实现方法 (10)2.3.2 SPWM的控制方式 (11)2.4本章小结 (12)第三章逆变器前级DC/DC推挽升压 (13)3.1推挽电路结构原理分析 (13)3.2 DC-DC推挽主电路参数的计算 (14)3.2.1功率开关管的选择 (14)3.2.2整流二极管的选取 (15)3.2.3前级输出滤波器的设计 (15)3.3前级DC-DC控制电路设计 (16)3.3.1 ATmega128L功能简介 (16)3.3.2 基于ATmega128L单片机的PWM波的生成 (17)3.4高频变压器的设计 (18)3.4.1磁芯几何尺寸的确定 (19)3.4.2变压器线圈匝数的计算 (21)3.5本章小结 (22)第四章逆变器后级DC/AC单相全桥逆变 (22)4.1 DC-AC主电路结构分析 (22)4.2 DC-AC电路参数计算 (24)4.2.1开关频率的选择 (24)4.2.2逆变电路功率开关管的选用 (25)4.2.3吸收缓冲电路的设计 (25)4.2.4后级输出滤波器的设计 (27)4.3 SWPM波生成及驱动电路的设计 (29)4.3.1 SWPM波的生成 (29)4.3.2驱动电路的设计 (30)4.3.3死区时间电路的设计 (32)4.4辅助电路设计 (32)4.4.1后级过流保护电路 (32)4.4.2电压采集调理电路 (33)4.4.3辅助电源电路 (33)4.5本章小结 (34)第五章实验结果分析 (35)5.1前级DC-DC驱动波形分析 (35)5.2后级DC-AC驱动波形分析 (36)5.3系统输出电压及效率 (36)5.4硬件电路外观 (38)5.5本章小结 (40)第六章结论 (41)参考文献 (42)附录 (43)原理图 (43)部分程序 (45)致谢 (61)第一章前言1.1概述电能变换的类型有四种：DC-DC变换器，它是将一种直流电能变换为另一种直流电能的变换器；DC-AC变换器，它是将直流电能变换为交流电能的变换器，这种交流装置称为逆变器；AC-DC变换器，它是将交流电能变换为直流电能的变换器；AC-AC 变换器，它是将一种交流电能变换为另一种交流电能的变流器[1]。

单相正弦波变频电源（D题）摘要：本单相正弦波变频电源装置，由直流电源输入24v，直流电源分为两路：一路再次经过Buck电路成为辅助电源模块，另一路通过同步Boost电路升压至一定值供逆变器使用。

后级逆变采用单相全桥拓扑，使用TI公司的单片机MSP430G2553产生所需要的SPWM驱动波形，实现单极性全桥逆变。

装置包含输入输出电压电流采样电路，拥有过压欠压保护、过流短路保护，对输出的电能进行实时监测并保证装置安全。

同时，可通过独立按键调整频率参数，可以任意变化频率。

经测试，本装置稳定可靠，并完成了所有题目要求的指标。

关键词：变频电源；全桥逆变；SPWM1、系统方案论证根据题目要求，设计系统总体方案如图1所示。

系统主要由boost升压变换模块、DC-AC变换模块、采样反馈模块、辅助电源模块与核心控制模块组成。

系统框图如图1所示。

图1 系统总体框图1.2 升压方案选择方案一：采用变压器升压，快捷方便，但是高功率变压器体积庞大笨重适合升220V交流时采用。

方案二：采用boost升压，需要搭载boost升压电路以及驱动较为麻烦，但是可控性强。

综合考虑题目的要求，选择方案二。

1.2 DC-AC逆变方案选择方案一：采用硬件产生SPWM信号驱动全桥电路进行逆变。

此方案电路设计复杂，增加整体系统复杂性和不可靠度，且硬件调节频率，无法做到精确快速调节。

方案二：采用软件编程，由单片机产生SPWM信号驱动全桥电路进行逆变。

此方案虽然一定程度增加了单片机工作量，但操作简单，易于实现，具有可调节，精度高的特点。

综合考虑题目的要求，选择方案二。

1.3 辅助电源选择与设计方案一：双电源供电：由于AD637芯片是需要正负双电源供电，所以辅助电源必须要有一个负电源，所以可以采用buck电路来得到正电源，由buck-boost 反极性拓扑电路得到负电源，但是buck-boost会造成系统电路的不稳定，很有可能会损坏芯片。

方案二：单电源供电：单电源电路设计简单，主要采用buck降压电路将输入电源电压降到12V供电。

单相正弦波变频电源设计孙云龙【摘要】基于SHM1150II芯片设计频率响应宽、信号失真小的功放电路,利用STC单片机进行处理,实现了一种便于蓄电池供电、现场携带的低功耗、低成本、低畸变、高可靠性的单相正弦波变频电源.该变频电源具有过流保护及测量显示功能,频率在1Hz～200Hz范围内可调,输出电压有效值为15V～36V可调,输出的正弦波质量高,失真度小于5%.【期刊名称】《淮阴工学院学报》【年(卷),期】2011(020)001【总页数】4页(P20-23)【关键词】变频电源;D/A转换;过流保护;功率放大【作者】孙云龙【作者单位】淮安信息职业技术学院电子工程系,江苏淮安223003【正文语种】中文【中图分类】TM490.160 引言正弦波脉宽调制(SPWM)技术是目前应用最为广泛的逆变用PWM技术，本文提出一种不使用生成SPWM信号的专用芯片，采用基于SHM1150II芯片进行功放电路的设计，利用STC单片机进行处理，进而实现单相正弦波变频电源的设计方案。

1 单相正弦波变频电源该变频电源的供电电源为±55V蓄电池，整体结构由正弦信号发生器电路、功率放大电路、过流保护电路、控制电路、显示电路、A/D转换电路和D/A转换电路组成，系统设计框图如图1所示。

1.1 正弦信号发生器设计此系统设计中，控制正弦波的电压频率可调范围在20Hz～100Hz之间，单片机定时器控制D/A0832输出的电压值和时间，D/A输出的电压值是通过查正弦数据表，频率可调是通过temp=65536－24000000/256/FREQ计算值作为定时器的初值，幅度可调是通过改变DAC0832的基准电压，采用运算放大器LM358将DAC0832的电流输出转换为电压输出。

为了实现振荡频率连续可调，通过按键输入FREQ的值来改变定时时间，进而改变输出频率，使输出可调频率正弦波信号更加稳定，带负载能力更强，输出电压失真更小。

1.2 功率放大电路设计系统提出一种不使用生成SPWM信号的专用芯片，采用基于SHM1150II芯片进行功放电路的设计，利用STC单片机进行处理，进而实现了单相正弦波变频电源的设计。