下载文档原格式
微电网模拟系统-参考论文--by电子狂牛中文简要本文论述是一种采用STC15F2K60S2单片机为核心的SPWM逆变电源，单片机通过自然数查表法控制内部的3路硬件PWM模块生成SPWM脉冲信号，采用双极性调制方案驱动三相全桥逆变电路，输出经LC低通滤波器滤波，最后在负载上得到稳定的正弦波交流电。
其正弦波输出频率由单片机内部程序控制调节。
另外本系统外接按键，按键能设定开始与停止。
关键词：SPWM，双极性调制，三相逆变，STC单片机Design of a Single-phase Inverter Power SupplyAbstractThis article discusses a use PIC16F1937 microcontroller core of SPWM inverter, two internal microcontroller hardware PWM module generates SPWM pulse signal modulation scheme bipolar drive three-phase full-bridge inverter circuit controlled by a natural number look-up table, Output by the LC low-pass filter, and finally get a stable sine wave AC to the load. Its sine wave output frequency is adjusted by program control MCU. In addition the system external buttons and LCD screen, power button can be set to start and stop, the LCD screen can display real-time input voltage and output current, output sine wave frequency, so that the security and stability of the system has been greatly improved.Key words: SPWM, bipolar modulation, phase inverter, PIC microcontroller目录前言 (5)1.1 研究目的及要求 (5)1.2 相关研究现状及前景 (5)1.3内容章节概述 (6)系统分析 (7)2.1 逆变器的基本概念与工作原理 (7)2.1.1正弦波逆变器的电路构成 (7)2.1.2常用的逆变器调压方法： (7)2．2逆变器的基本类型 (7)2．3 PWM控制技术 (8)3．1总体原理图 (11)3．2电路原理图 (12)3．2．1单片机的选择 (12)3．2．2 滤波电路 (12)3 ．2．5 场效应管的选择 (13)3．3小结 (14)4 程序设计 (15)4．1 程序选择说明 (15)4．2 SPWM查表 (15)5.1 系统仿真 (18)5.2实物照片 (19)5．2单片机输出波形测试 (19)5．2．1测试仪器 (19)5.1 示波器 (20)5．2．2测试方法 (20)5．2．3测试结果 (20)5．4测试结论 (21)6总结 (22)6.1 结论总结 (22)附录： (23)程序代码 (23)前言1.1 研究目的及要求掌握正弦波逆变器的电路的组成，重点明白其中中各元器件的原理及用处，对正弦波逆变电路在电阻负载、电阻电感负载是的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
摘要近年来，一些清洁高效的能源，如太阳能，风能，地热，核能等得到了较为广泛的应用和关注，其发电系统产生的是直流电流和电压，而许多负载都使用交流电，因此需要通过逆变器把直流电变成交流电。
随着这些新能源发电系统的日益推广，逆变器的使用也越来越多。
如何获得高质量的电流成为研究的焦点。
由于对高频谐波的抑制效果明显好于L型滤波器，因此LCL滤波器在并网逆变器中应用越来越广泛，与传统的L滤波器相比，LCL滤波器可以降低电感量，提高系统动态性能，降低成本，在中大功率应用场合，其优势更为明显。
文章首先对PWM 逆变器的工作原理做了详细的介绍，并对基于LCL的滤波器，在ABC 静止坐标系，αβ静止坐标系和dq 旋转坐标系中建立了数学模型。
其次，文章讨论了LCL 滤波器的参数设计方法，给出了系统LCL 滤波器参数的设计步骤。
最后，在详细阐述各元件的取值原则与计算步骤的基础上，给出了设计实例，并对所设计的逆变器进行了仿真验证，结果表明，根据该方案设计的控制器参数能够使三相并网逆变器安全、可靠运行且具有较快的动态响应速度。
关键词：并网逆变器LCL滤波器有源阻尼无源阻尼，双闭环控制AbstractIn recent years, clean and efficient energy sources, such as solar energy, wind energy, geothermal energy, nuclear energy has been widely used and has gained widespread attention .The power system produce the DC current and voltage, and many are using the AC load, it need inverter into alternating current to direct current. With the increasing promotion of photovoltaic power generation systems, the use of inverters is more and more. How to get a high quality of the current becomes the focus of research.Because of the inhibitory effect of high frequency harmonics is better than L-type filter, the LCL filter grid inverter is widely applied, compared with the traditional L-filter, LCL filter can reduce the inductance improve the system dynamic performance, reduce costs, in the high-power applications, its advantages more apparent.This paper analyzes the high frequency PWM inverter principle, and then presents a three-phase ABC coordinates and dq coordinate system on the mathematical model of LCL-filter configuration.Secondly, the article discusses the LCL filter design parameters; parameters of the system are given LCL filter design steps.Finally, each component in detail the principles and calculation steps of the value based on the design example is given, and the design of the LCL filter simulation results show that, according to the design of the controller parameters can make three-phase inverter with safe, reliable operation and has a fast dynamic response speed.Key words: Grid-connected inverter，LCL filter，Active damping, passive damping，Double closed loop control目录摘要................................................. . (I)Abstract .............................................. .. (II)目录................................................ .. (IV)1. 绪论.............................................. . (1)1.1微电网的提出和发展 (1)1.1.1微电网提出的背景和研究意义 (1)1.1.2微电网的定义 (2)1.1.3国内外应用研究现状 (2)1.2 逆变器的研究现状 (3)1.2.1三相电压型PWM逆变器的产生背景 (3)1.2.2 PWM逆变器的研究现状 (4)1.2.3基于LCL滤波的PWM逆变器的研究现状 (6)2. PWM逆变器的原理及数学模型...................... (11)2.1并网逆变器的分类及拓扑结构 (11)2.1.1逆变器的作用 (11)2.1.2逆变器的分类 (11)2.1.3并网逆变器的拓扑结构 (12)2.2 逆变器的工作原理 (14)2.3 基于LCL滤波器的PWM逆变器数学模型 (16)2.4 锁相环节的工作原理 (22)2.5 逆变器的SPWM调制方式分析 (23)3. LCL滤波器和控制系统的设计 (27)3.1 LCL滤波器的参数设计 (27)3.1.1 L，LC，LCL滤波器的比较 (27)3.1.2 LCL滤波器的选定 (29)3.1.3 LCL滤波器数学模型及波特图分析 (29)3.1.4 LCL滤波器的谐振抑制方法 (33)3.1.5 滤波器参数变化对滤波性能的影响 (33)3.1.6 滤波器参数设计的约束条件 (34)3.1.7 滤波器参数的设计步骤 (35)3.2并网逆变器控制方案的确定 (35)3.2.1 基于无源阻尼的单电流环控制方案的设计 (37)3.2.2 基于双环控制网侧电感电流外环控制器的设计 (39)3.2.3 基于双环控制电容电流内环控制器的设计 (39)4. 系统参数设计及仿真验证............................. (41)4.1 系统参数设计 (41)4.2 有源阻尼双闭环控制仿真分析 (32)4.3 无源阻尼单环控制仿真分析.......。
多功能并网逆变器及在微电网中应用论文摘要：在分析多功能并网逆变器设计原理的基础上，将其应用到微电网中，可以有效改善微电网电能质量，并且对PCC和配电网之间的潮流有着一定的调节作用，在某种情况下，可以为配电网提供无功、有功功率，具有广阔的应用前景。
多功能并网逆变器不仅可以完成常规并网逆变器实现可再生能源并网的基本功能，还可以复合治理电能质量问题，显著提高了并网逆变器的性价比、减小了系统体积、降低了系统成本，特别适合在微电网与分布式发电系统中应用。
一、多功能并网逆变器的设计原理并网逆变器是分布式电源（DG）向微电网馈送有功电能的核心装置，一般均是借助脉宽调制（PWM）电流源予以控制。
如果不采取对策，就会增大微电网中注入的高频电流，对微电网电能质量产生影响。
而并联型有源电力滤波器（APF）可以为系统提供无功电能与反向注入谐波，进而解决了谐波电流、无功电流补偿、三相电流不平衡等问题。
并网逆变器与APF在功能上具有互补性，在结构与控制手段方面也存在着一定的相似度。
通过有关研究表明，在APF直流侧电压大于额定电压的时候，APF 就会向补偿侧注入一定的有功能量，有效减小直流侧电压。
也就是说，DG在电力电子变化的基础上，以直流形式接入APF直流侧之后，借助提高直流侧电压的方式，将直流侧电能注入微电网当中。
在此理论的支持下，单相多功能并网逆变器（MFGCI）具有了双重功能的可行性。
二、多功能并网逆变器的微电网拓扑一个含有一台多功能并网逆变器与n台DG的微电网如图1所示。
整个微电网系统主要是由多功能并网逆变器、配电网、负荷、DG 组成。
系统中DG可以是风力发电机网侧变流器、光伏并网逆变器等。
在第i台DG机端具有三项平衡负荷Li，并且在输电线路的连接下，接到了公共连接点（PCC）。
一般而言，PCC负荷主要包括三种：不平衡负荷、三相平衡负荷、整流非线性负荷；配电网系统主要是三相四线制系统，其电感为Ls，在输电线路的连接下，通过开关接到了PCC上；多功能并网逆变器主要挂在PCC上。
20017年全国大学生电子设计竞赛调幅信号处理实验电路（F题）【本科组】摘要本电路相当于一个接收机系统，各模块之间通过变压器耦合，以便实现阻抗配比。
低噪声放大器模块将AM信号从噪声中提取出来并进行适当放大后送往后继电路。
混频器将输入信号载频f0与本机振频fl进行频率变换，是输入信号的载频变成固定的中频信号，并保持其原有的规律不变。
中频滤波器和中频放大器分别对混频器输出的信号进行过滤和放大，将中频信号所带的谐波成分去掉并使混频器输出信号的电压幅度满足后级包络检波器对信号幅度的要求。
AM解调电路，即包络检波器。
作为整个系统的核心模块，作用是从输入的调幅波中还原调制信号。
基带放大器由NE5532运算放大器构成，对包络检波器输出的信号进行幅度放大为V orm=1V± 。
关键词：低噪声 AM解调调制信号混频2017年8月11日1系统方案本系统主要由低噪声放大模块、混频模块、中频滤波模块、中频放大模块、AM 解调模块、基带放大模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
低噪声放大器模块的论证与选择方案一：采用RFMD公司的SPF5189运算放大器。
采用运放SPF5189Z。
SPF-5189Z 是一款优秀的低噪声放大器，运放电路较为简单。
方案二：采取晶体管构成的低噪声放大器。
晶体管的反向传输系数，实际中微波场效应晶体管和双极性晶体管都存在内部反馈，反馈量达到一定强度时，将会引起放大器稳定性变坏，甚至产生自激振荡。
从电路实用性方面考虑，选择方案一。
混频模块的论证与选择方案一：二极管混频电路。
具有动态范围大、线性好以及使用频率高的优点，但没有变频增益。
方案二：晶体三极管混频电路。
具有大于1的变频增益，互调失真较高。
方案三：模拟乘法器混频电路。
其输出电流频谱较纯净，所允许的输入信号线性动态范围更大，利于减少交调、互调失真，对本振电压大小无严格要求。
从设计要求方面考虑，选择方案三。
中频滤波模块的论证与选择方案一：两级晶体滤波器级联。
全国电子设计大赛获奖论文题目名称宽带直流放大器C题广东工业大学物理与光电工程学院参赛队员陆文贤温俊钟灵辉摘要本设计利用可编程增益宽带放大器THS7002来实现增益的主控制通过模拟开关配合运算放大器微调减小增益调节的步进间隔和提高准确度。
输入部分采用THS7002内部的前置放大器作为输入级提高输入阻抗并且避免了独立前置运放PCB布线引入的噪声提高了系统的精确度和稳定性。
功率输出部分采用分立元件制作降低了成本。
设计并制作了满足放大器的直流稳压电源整个系统的3dB通频带010MHz最大增益66dB。
增益步进6dB。
不失真输出电压有效值4V。
关键词THS7002 可编程增益放大器宽带直流放大器1 系统方案1.1比较与选择方案一基于DAC的可编程增益放大器原理框图如图1所示_RVinV outDACVrefOUT 图1 基于DAC的宽带增益放大器在运放的反馈回路中使用DAC并通过数字控制调整增益。
DAC的控制字根据其参考电压Vref决定其输出电压的衰减系数。
理论上讲只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。
但是控制的数字量和最后的增益dB 不成线性关系而是成指数关系造成增益调节不均匀精度下降。
同时带宽会随着增益的减小而减小。
方案二基于VCA的可编程增益放大器使用控制电压与增益成线性关系的压控增益放大器VCA用控制电压和增益dB成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制如图2所示。
这种方法能实现比较高的可调级数适合于负载经常变化需要闭环控制方面的应用。
但是由于D/A和A/D的量化误差和系统噪声方面的原因使得每一级的输出精度都不能很高而且受环境温度的影响较大。
图2 基于VCA的宽带增益放大器方案三基于PGA的可编程增益放大器使用软件可编程增益放大器直输出信号缓冲运放VCA D/A 单片机精密参考电压源功率输出级A/D 2 接通过单片机控制可编程增益放大器PGA由于PGA的放大倍数是在制造芯片的时候通过激光微调的方法来调节好的。
2011年全国大学生电子设计竞赛开关电源模块并联供电系统（A题）【XX组】2011年9月6日摘要本设计是要求制作一个由两个小功率DC/DC 模块构成的并联供电系统。
综合考虑题目基本部分和发挥部分的要求。
可以看出该供电系统要求有较高的效率和稳定的电压电流输出。
最主要的目的是达到供电系统自动均流的效果。
我们根据以上要点设计了一个模拟电路和数字电路相结合的系统。
模拟电路部分采用双端驱动集成电路——TL494来完成。
数字控制系统由单片机STC12C5A60S2、DA模块、高精度放大模块、以及按键设定模块和1602液晶显示组成人机交互界面。
其组成电路可以实现以下几个功能：1.控制DC/DC模块的输出电流，使其按比例输出2.测试输出电流并显示3.比较两个DC/DC 模块的输出电流并显示比值。
关键词：TL494 单片机STC12C5A60S2 1602液晶显示开关电源模块并联供电系统（A题）【XX组】1系统方案本系统主要由DC/DC 模块、控制模块、DA转换模块、液晶显示模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1 DC/DC模块的论证与选择方案一：采用电压控制脉宽调整技术，产生频率固定，脉冲宽度可调整的方波脉冲，采用电压反馈环控制系统，它的反馈信息取自输出电压，用反馈电压调整控制器的输出脉冲宽度，改变脉冲占空比，实现开关电源的稳定。
方案二：采用电流控制脉宽调制，此技术相比传统的仅有输出电压反馈的PWM 系统比较增加了一个电感电流反馈。
此反馈就做为PWM 的斜坡函数，就不再需要锯齿波发生器，更重要的是使用电感电流反馈使系统的性能有了明显的改善。
一使系统具有快速的瞬态响应及高速的稳定性，二，输出电压精度很高。
三，具有内在的对功率开关电流的控制及限流能力。
四，具有良好的并联运行能力。
综合以上两种方案，选择方案二。
1.2 控制系统的论证与选择方案一、采用AT89C51单片机进行控制。
AT89C51价格低廉，结构简单,且资料丰富；但是51单片机系统资源有限，8位控制器，运算能力有限,无法达到较高的精度。
摘要：本设计以STM32F103单片机为控制核心，采用全桥式DC-AC拓扑结构，设计了输出电压和频率稳定，同时输出功率在一定范围内可调的三相逆变器，制作了由两个三相逆变器等组成的微电网模拟系统。
本系统由STM32单片机输出SPWM波控制IR2110驱动芯片驱动开关管实现正弦逆变。
采用数字PID算法实现电压反馈精准控制输出电压，通过零点检测校正输出电流相位控制相位同步，采用主从设置法实现均流控制，有效地控制了两组逆变器。
本系统具有过流保护功能，反馈系统自动调整输出功率，由OLED显示当前工作状态。
系统达到了设计要求中的大部分指标，工作稳定，经济简洁，可靠性较高。
关键词：STM32F103 SPWM 正弦逆变一、系统方案1.DC-AC模块拓扑结构的选择系统要求逆变器提供三相对称交流电。
考虑以下两种方案能够实现逆变。
方案一：三相三桥式电路结构。
三相三桥式电路成本低，能够通过软件进行补偿，电路结构简单，容易实现。
但程序控制相对复杂。
方案二：三相四桥式电路结构。
三相四桥式电路工作效率高，不会产生泻流，同时具有抗不平衡功能。
但电路结构复杂，驱动电路也相对复杂。
结合本题要求，逆变器需提供三相对称交流电且考虑到时间问题，所以采用方案一。
2.控制系统的选择方案一：采用MSP430单片机。
MSP430系列是一种16位超低功耗、具有简单指令集的混合信号处理器。
能够在25MHz晶振的驱动下，实现40ns的指令周期，具有16位的数据宽，具有独特的超低功耗，中断源较多，并且可以任意嵌套。
方案二：采用STM32F103处理器。
STM32系列运行速度快，时钟频率可达72MHz，11个定时器以及丰富的I/O口，并且内置3个12位的A/D转换器，2个12位D/A转换器，其高级定时器可产生带死区互补的PWM波，性价比较高。
鉴于STM32F103处理器运行速度更快，成本更低，资源也满足设计要求，因此本设计选用方案二。
3.电流检测方案的选择方案一：霍尔传感器。
微电网模拟系统设计报告题目：微电网模拟系统摘要本文针对微电网模拟系统研究背景，设计了可编程逻辑器件FPGA为控制核心的两个三相逆变器系统。
本系统的硬件主要由逆变主电路系统和FPGA控制电路系统构成，包括FPGA控制电路、CC2640的AD采样电路、三相逆变驱动电路、互感器电路、辅助电源电路、调压整流电路、滤波及缓冲电路等。
由FPGA控制电路输出六路PWM信号(PWM1-PWM6)来控制逆变器的MOS管通断，通过电流电压互感器对输出进行反馈，再经A/D转换器进行采样，传给FPGA控制电路来调节输出，构成闭环控制系统。
本系统软件设计是利用Verilog HDL的FPGA逻辑门、IP核、时钟(DMC)等资源生成SPWM模块、并行通信模块结合TI的CC260的A/D 采集和显示模块。
最后，将软硬件系统联合调试，经验证，软硬件都达到预期目标，实际效果较好。
关键字：微电网模拟系统；FPGA可编程逻辑；三相逆变；SPWM模块目录1方案论证 (1)1.1主控单元的比较与选择 (1)1.2SPWM模块的比较与选择 (1)1.3驱动模块的比较与选择 (1)1.4方案描述 (2)2理论分析与计算 (2)2.1逆变器提高效率的方法 (2)2.2运行模式控制策略 (3)3电路与程序设计 (3)3.1逆变器主电路与器件选择 (3)3.1.1总体系统电路 (4)3.1.2逆变电路 (4)3.1.3滤波电路 (4)3.2控制电路与控制程序 (5)3.2.1控制电路............................................................................ 错误!未定义书签。
3.2.2控制程序 (5)4测试方案与测试结果 (5)4.1测试方案及测试条件.................................................................... 错误!未定义书签。
南京邮电大学毕业设计（论文）题目逆变器并网运行方式和谐波补偿功能研究专业学生姓名班级学号指导教师指导单位日期：2012 年3 月12 日至2012 年6 月15 日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。
论文作者签名：日期：年月日摘要分布式发电系统中，并网逆变器是一个核心组成部分，当工作在并网模式下时，逆变器的输出不但满足本地负载需求能力，还将多余的能量送入电网，达到发电的目的。
因此如何控制进网电流的质量，如何减小对电网的污染，是研究的重点。
本篇以电压型并网逆变器为研究对象，对逆变器的拓扑结构、控制策略、参数选择和并网方式等方面做出了较详细的分析和研究；在Matlab/Simulink环境下建立了逆变器并网仿真模型,对逆变器并网运行及其谐波补偿的实现进行仿真。
在对逆变器的并网运行方式及其工作过程中的谐波抑制进行研究分析，按照上述的步骤给出了较为细致的分析和研究，其中，配电网谐波治理的思路，对推动我国节能供电、新能源的利用及改善电网电能质量等方面具有一定的理论意义和较强的实用价值。
关键词：分布式发电；并网逆变器；谐波抑制；电流质量；谐波补偿ABSTRACTDistributed power system, grid inverter is a core component, when working in grid-connected mode, the output of the inverter to meet not only the local load demand, also will be the excess energy is fed into the grid, to achieve the purpose of power generation. Therefore, how to control the grid current quality, how to reduce the pollution to power network, is the focus of the study.This paper uses the voltage type inverter as the research object, the inverter topology structure, control strategy of grid-connected mode, parameter selection and has made a more detailed analysis and research; Matlab/Simulink environment in the establishment of grid-connected inverters based on simulation model of inverter parallel operation, and the realization of the simulation of harmonic compensation.The inverter parallel operation mode and working process of harmonic compensation research and analysis, in accordance with the above steps gives a more detailed analysis and research, which, distribution network harmonic governance thinking, to promote China's energy supply, utilization of new energy sources and improve the power quality, has certain theory significance and strong practical value.Key words:Distributed generation; Grid-connected inverter; Harmonic suppression;Current quality; harmonic compensation目录第一章绪论 (1)1.1课题的研究背景和意义 (1)1.2分布式发电发展现状及其重要的意义 01.3分布式发电并网引起的问题及解决思路 (2)1.4分布式发电（电源）技术应用的障碍和瓶颈 (4)1.5分布式发电（电源）的应用前景 (5)1.6课题主要工作 (5)1.7本章小节 (6)第二章PWM逆变器的工作原理及控制技术 (8)2.1逆变器及并网逆变器的简单介绍 (7)2.2电压型并网逆变器工作原理 (7)2.2.1单相电压型逆变器 (7)2.2.2三相电压型逆变器 (9)2.3三相PWM并网逆变器数学模型 (11)2.4逆变器控制策略分析 (17)2.5本章小结 (18)第三章逆变器并网运行方式及谐波补偿分析 (20)3.1逆变器并网的电流信号分解与控制 (20)3.2逆变器并网的谐波补偿分析 (20)3.2.1对逆变器并网的有功和无功电流调节 (20)3.2.2几种基本的谐波补偿方法 (22)3.3本章小结 (23)第四章基于Matlab的逆变器并网谐波补偿仿真 (25)4.1逆变器并网模式下谐波补偿仿真 (24)4.1.1并网逆变器向电网传送有功电流 (25)4.1.2并网逆变器从电网吸收有功电流 (27)4.1.3无功补偿模式 (26)4.1.4谐波抑制模式 (27)4.2逆变器向电网提供有功、无功同时补偿负载谐波 (27)4.3本章小结 (31)结束语 (32)致谢 (33)参考文献 (34)第一章绪论1.1课题的研究背景和意义近年来，随着我国负荷持续快速的增长，许多省市出现了电力供不应求的局面，造成了很大的经济损失，制约了经济的发展。
微电网模拟系统设计报告题目：微电网模拟系统摘要本文针对微电网模拟系统研究背景，设计了可编程逻辑器件FPGA为控制核心的两个三相逆变器系统。
本系统的硬件主要由逆变主电路系统和FPGA控制电路系统构成，包括FPGA控制电路、CC2640的AD采样电路、三相逆变驱动电路、互感器电路、辅助电源电路、调压整流电路、滤波及缓冲电路等。
由FPGA控制电路输出六路PWM信号(PWM1-PWM6)来控制逆变器的MOS管通断，通过电流电压互感器对输出进行反馈，再经A/D转换器进行采样，传给FPGA控制电路来调节输出，构成闭环控制系统。
本系统软件设计是利用Verilog HDL的FPGA逻辑门、IP核、时钟(DMC)等资源生成SPWM模块、并行通信模块结合TI的CC260的A/D 采集和显示模块。
最后，将软硬件系统联合调试，经验证，软硬件都达到预期目标，实际效果较好。
关键字：微电网模拟系统；FPGA可编程逻辑；三相逆变；SPWM模块目录1方案论证 (1)1.1主控单元的比较与选择 (1)1.2SPWM模块的比较与选择 (1)1.3驱动模块的比较与选择 (1)1.4方案描述 (2)2理论分析与计算 (2)2.1逆变器提高效率的方法 (2)2.2运行模式控制策略 (3)3电路与程序设计 (3)3.1逆变器主电路与器件选择 (3)3.1.1总体系统电路 (4)3.1.2逆变电路 (4)3.1.3滤波电路 (4)3.2控制电路与控制程序 (5)3.2.1控制电路............................................................................ 错误!未定义书签。
3.2.2控制程序 (5)4测试方案与测试结果 (5)4.1测试方案及测试条件.................................................................... 错误!未定义书签。
4.2测试结果 (6)4.3测试结果分析 (6)5总结 (6)参考文献 (6)附件 (7)附1：元器件明细表 (7)附2：仪器设备清单 (7)附3：电路图图纸 (8)附4：PCB图 (9)附6：程序清单 (10)方案论证1.1主控单元的比较与选择方案一：采用数字信号处理器DSP。
传统基于DSP的逆变控制的设计虽然在计算的复杂度和软件的灵活性上有一定优势，但是程序为顺序运行从而导致逆变器控制算法在计算速度上受到很大的限制。
方案二：采用可编程逻辑器件FPGA。
基于FPGA的逆变器的并行特点使其非常适合产生SPWM，从而在速度上占很大的优势，适合本题目要求。
综上所述，选择方案二。
1.2SPWM模块的比较与选择方案一：采用比较器对正弦波和三角波进行比较得到PWM波，然后送入驱动电路放大再驱动MOSFET。
但该方案受运放参数影响较大，调试困难。
方案二：运用可编程逻辑器件FPGA产生PWM通过正弦值查表法来产生SPWM。
该方案实现简单，有较强的抗干扰能力。
综上所述，选择方案二。
1.3驱动模块的比较与选择方案一：采用专用驱动芯片IRS2186搭建驱动电路。
驱动芯片配合外围电路完成，该方法优点是系统的集成度高，有良好的过载和短路保护功能。
方案二：采用分立元器件搭建驱动电路。
电路中选用高速开关管8050和8550，其反应速度可以达到微秒级，可以避免信号在传输过程中的累加延迟，有利于减少输出波形的失真度。
但电路较复杂化，需要额外搭建保护电路。
综上所述，选择方案一。
1.4 方案描述本设计的整体方案主要有FPGA 控制模块，SPWM 模块，驱动模块，A/D 采样模块，OLED 显示模块和并行通信模块组成。
图1 总体系统方案框架图理论分析与计算2.1 逆变器提高效率的方法逆变器效率提升技术主要集中在两个方面：结构和器件等硬件；控制及调制策略。
结构及器件上的改进，采用软开关技术通过谐振电路，实现功率器件在零电压状态下开通或者关断，从而有效减小换流时MOS 管的开关损耗，达到提升逆变器效率的目的。
控制策略的改进，采用电压空间矢量脉宽调制技术通过三相交流电压综合在一起，通过对称排列方式，可获得减小MOS 管开关次数的效果，从而能够进一步减小逆变器功率器件的开关损耗。
FPGA可编程逻辑主控 CC2640 低功耗MCU并行通信 三相全桥 逆变电路MOS驱动电路 LC 滤波器 按键设置 显示模块滤波电路 输入输出2.2运行模式控制策略本设计三相逆变器有单独工作模式和并联工作模式。
通过分析逆变电源并联基础模型，采样一种基于FPGA的无互连线复合控制方案。
双闭环反馈控制中，设K v，K vf为电压环的比例系数和反馈系数，K c，K cf为电流调节器的比例系数和反馈系数，U ref为参考的指令电压。
忽略参数r的影响，经过环路分析，设K=K c K v K pwm，可推导出系统传递函数为：P(s)=U c(s)U ref(s)=KLC s2+K c K cf K pwm C s+KK vf+1（公式1）故空载时逆变系统的幅值静差：1−|U c(s)U ref(s)|=1−K√(KK v+1−LC w2)2+(K c K f K pwm C s+KK vf+1)2（公式2）可见，系统的静差可随K v，K vf和K c，K cf的增大而不断减小。
基于内模原理的重复控制技术，对于给定或具有重复性干扰的系统具有较好的控制效果，有效降低并联电流波形的 THD。
结合双闭环和重复控制的并联波形控制方法，解决并联逆变电源的功率分配问题，不用模式切换即可方便地并联使用。
电路与程序设计3.1逆变器主电路与器件选择本系统器件选择FPGA主控，LC滤波电路，全桥AOTF298L芯片，电压电流互感器，OLED显示屏，以及薄膜按键。
3.1.1 总体系统电路图2 总体系统电路图3.1.2 逆变电路逆变电路的设计采用全控型MOSFET 三相桥式逆变电路。
由FPGA 控制器产生SPWM 到IRS2186芯片搭建的驱动电路，驱动电路控制MOSFET 管的通断，逆变输出经过低通滤波器将SPWM 波形变换成较稳定的正弦波电压。
在此电路中存在布线电感，在开关器件关断的过程中容易出现过尖峰电压，严重时会损坏开关器件，因此需要设置保护电路来抑制尖峰电压，而且设置瞬态电压抑制器和快速二极管组成的钳位电路可将MOSFET 关断过程产生的尖峰电压限制在安全范围内，同时可以减少开关损耗。
逆变电路图如下：图3 逆变电路图3.1.3 滤波电路滤波电路的设计在逆变器的输出中含有逆变器开关频率和开关频率整数倍附近的谐波，如果不滤除这些高频谐波，将会给电路带来谐波污染。
因此本设计选择LC 滤波电路。
逆变全桥输出的是200KHz 的SPWM 方波，基波为工频50Hz ，还含有低次和高次谐波，其中幅值最大的是200KHz 的谐波。
在实际应用中，忽略电感对负载的分压作用及电容对负载的分流作用，并考虑变压器的电感，经计算及实验调整后，取L =100u H ，C=4.7uF/100V 。
FPGA主控制器 三相 SPWM IRS2186 驱动电路 三相逆变 滤波输出3.2 控制电路与控制程序本系统采用FPGA 和CC2640联合控制方案，能更好的实现均流和任意比例电流输出，达到较好并联的效果。
(控制电路见附录)3.2.1 控制程序图 4 主程序程序流程图3.3 测试方案与测试结果第一步：将四通道示波器的三个探针接在单片机输出PWM 的引脚； 第二步：记录输出三相波形数据；第三步：改变单片机输出SPWM 的频率，返回第一步操作，直到调出50HZ 的SPWM 波测试完。
开始装载正弦值按键？S PWM 输出 结束调幅调频3.4测试结果图 5 三相输出波形图3.5测试结果分析结果分析由数据表明，三相逆变电源输出每路相位相差120度的频率可调的正弦波，电压有效值24V，电流最大输出3A。
基本实现所有功能，满足题目要求。
总结通过比赛，大大提高了我们的创新精神，动手能力，团队协作和竞争意识。
充分发挥团队合作精神，工作进展很顺利。
我们在比赛中做到精益求精，在完成基本功能之后，又向发挥部分进发，最后完成了所有的基本功能和发挥部分，较好的达到了题目要求的各项指标。
参考文献[1]邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，2003[2]华成英，童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006[3]李练兵，光伏发电并网逆变技术：化学工业出版社，2016[4]路秋生，中大功率开关变换器：机械工业出版社，2017附件附1：元器件明细表附2：仪器设备清单附3：电路图图纸附图 1 过压保护电路图附图 2 主控制电路图附4：PCB图附图 3 主控板PCB正面图附图 4 主控板PCB背面图附6：程序清单FPGA代码：module sanxiangA(clk,ah,al,bh,bl,ch,cl,hafeh,hafel,led,key_in,key_in1,key_out,data_in,control_jk,din,sclk,sync,enable,ldac,v_back,flag_out,flag_in);input clk;//输入时钟50Minput[1:0] data_in;input v_back;//电压采样反馈input[4:0] key_in1;//映射按键key[4]是并联控制信号input[4:0] key_in; //按键输入output[4:0] key_out; //按键输出wire[4:0] key_out;//assign key_out[3:0]=key_in[3:0];assign key_out[4]=key_temp;reg key_temp;output control_jk;//并联继电器控制reg control_jk=0;//0为继电器断开input flag_in;output flag_out;wire flag_out;assign flag_out=flag_a;output hafeh;//50%pwm高管output hafel;//50%pwm低管output[3:0] led;parameter[25:0] pwm_timer_full = 26'd1000;//pwm总计数1000次即1000档reg[9:0] pwm_timer_high = 10'd450;//pwm最高档位不应大于pwm_timer_full 用于调幅reg[9:0] pwm_hold_a = 10'd10;//pwm高电平所用计数数量reg[9:0] pwm_hold_b = 10'd10;//pwm高电平所用计数数量reg[9:0] pwm_hold_c = 10'd10;//pwm高电平所用计数数量reg[25:0] count_pwm_count_a=26'd0;//a通道的pwm计数reg[25:0] count_pwm_count_b=26'd0;//b通道的pwm计数reg[25:0] count_pwm_count_c=26'd0;//c通道的pwm计数parameter[25:0] spwm_timer_1hz = 26'd25_000;//spwm计数计数值为25’d24_999_999时为1HZ 实质为半周期reg[7:0] spwm_f = 8'd50;//spwm频率reg[25:0] count_spwm = 26'd49_999;//spwm计数即一周期pwm波的总数量用于设置spwm 波的频率最大为25’d24_999_999 且count_spwm= spwm_timer_1hz / spwm_freg[25:0] count=26'd0;reg[3:0] led;reg flag=0;//为0时是单通道为1时为并联reg flag_a=1;//为1时为上半波为0时为下班波reg flag_b=1;reg flag_c=1;reg[25:0] data_tatol=26'd500;//总数据量reg[15:0] datax[0:500];//偏转值数据库always@(posedge clk)beginchannel<=D;count_spwm<=spwm_timer_1hz/spwm_f;if(flag_a==1)beginpwm_hold_a<=10'd500+(datax[count_pwm_count_a*data_tatol/count_spwm]*pwm_timer_hig h/pwm_timer_full); endif(flag_b==1)beginpwm_hold_b<=10'd500+(datax[count_pwm_count_b*data_tatol/count_spwm]*pwm_timer_hig h/pwm_timer_full); endif(flag_c==1)beginpwm_hold_c<=10'd500+(datax[count_pwm_count_c*data_tatol/count_spwm]*pwm_timer_high /pwm_timer_full); endif(flag_a==0)beginpwm_hold_a<=10'd500-(datax[count_pwm_count_a*data_tatol/count_spwm]*pwm_timer_high /pwm_timer_full); endif(flag_b==0)beginpwm_hold_b<=10'd500-(datax[count_pwm_count_b*data_tatol/count_spwm]*pwm_timer_high /pwm_timer_full); endif(flag_c==0)beginpwm_hold_c<=10'd500-(datax[count_pwm_count_c*data_tatol/count_spwm]*pwm_timer_high /pwm_timer_full); endled<=4'b1110;count<=count+26'd1;if(count==26'd1) begin ah<=1;bh<=1;ch<=1;al<=0;bl<=0;cl<=0; endif(count==pwm_hold_a) begin ah<=0; endif(count==pwm_hold_b) begin bh<=0; endif(count==pwm_hold_c) begin ch<=0; endif((count==pwm_hold_a+10'd5)&(pwm_hold_a<pwm_timer_full-10'd5)) begin al<=1; endif((count==pwm_hold_b+10'd5)&(pwm_hold_a<pwm_timer_full-10'd5)) begin bl<=1; endif((count==pwm_hold_c+10'd5)&(pwm_hold_a<pwm_timer_full-10'd5)) begin cl<=1; endif(count==pwm_timer_full-10'd5) begin al<=0;bl<=0;cl<=0; endif(count==pwm_timer_full) begin count<=26'd0;key_temp<=1;else begin pwm_timer_high<=pwm_timer_high-10'd1; end end //反馈电压监控count_pwm_count_a<=count_pwm_count_a+26'd1;count_pwm_count_b<=count_pwm_count_b+26'd1;count_pwm_count_c<=count_pwm_count_c+26'd1;endif(pwm_hold_a==0) begin ah<=0; endif(pwm_hold_b==0) begin bh<=0; endif(pwm_hold_c==0) begin ch<=0; endif((count_pwm_count_a>count_spwm)&&(count==26'd0)) begincount_pwm_count_a<=8'd0;flag_a<=~flag_a;key_temp<=0; endif((count_pwm_count_a==count_spwm*2/3)&&(count==26'd0)) begincount_pwm_count_b<=8'd0;flag_b<=~flag_b;endif((count_pwm_count_b==count_spwm*2/3)&&(count==26'd0)) begincount_pwm_count_c<=8'd0;flag_c<=~flag_c;end/*以下为按键监控*/if ( flag_key[0] )begin if(spwm_f>=8'd100)begin spwm_f<=8'd100; end else beginspwm_f<=spwm_f+8'd1; end endif ( flag_key[1] )begin if(spwm_f<=8'd0) begin spwm_f<=8'd0; end else beginspwm_f<=spwm_f-8'd1; end end//if ( flag_key[2] )begin if(data>=16'h3998)begin data<=16'h3998; end else begindata<=data+16'd1; end end//if ( flag_key[3] )begin if(data==16'h666) begin data<=16'h666; end else begindata<=data+16'd1; end endif ( flag_key[2] )begin if(pwm_timer_high>=10'd475)begin pwm_timer_high<=10'd475; end else begin pwm_timer_high<=pwm_timer_high+10'd20; end endif ( flag_key[3] )begin if(pwm_timer_high<=10'd25)begin pwm_timer_high<=10'd25; end else begin pwm_timer_high<=pwm_timer_high-10'd20; end endif ( flag_key[4] )beginbegin flag_a<=flag_in;count_pwm_count_a<=8'd0;count<=26'd0; endendif ( flag_key1[0] )begin if(spwm_f>=8'd100) begin spwm_f<=8'd100; end else beginspwm_f<=spwm_f+8'd1; end endif ( flag_key1[1] )begin if(spwm_f<=8'd0) begin spwm_f<=8'd0; end else beginspwm_f<=spwm_f-8'd1; end end//if ( flag_key[2] )begin if(data>=16'h3998)begin data<=16'h3998; end else begindata<=data+16'd1; end end//if ( flag_key[3] )begin if(data==16'h666) begin data<=16'h666; end else begindata<=data+16'd1; end endif ( flag_key1[2] )begin if(pwm_timer_high>=10'd480)begin pwm_timer_high<=10'd475; end else begin pwm_timer_high<=pwm_timer_high+10'd10; end endif ( flag_key1[3] )begin if(pwm_timer_high<=10'd25)begin pwm_timer_high<=10'd25; end else begin pwm_timer_high<=pwm_timer_high-10'd10; end endif ( flag_key1[4] )beginbegin flag_a<=flag_in;count_pwm_count_a<=8'd0;count<=26'd0; end//以下为外部来着2640的电压控制//data<=16'h3fff;channel<=D;//case(data_in)//1: begin if(data>=16'h3998)begin data<=16'h3998; end else begin data<=data+16'd1; end end//2: begin if(data<=16'h666) begin data<=16'h666; end else begin data<=data+16'd1; end end//3: begin data<=data; end//default: begin data<=16'd12000;channel<=C;end// endcaseend/*以下为50%pwm输出*/reg[9:0] count_hafe=10'd0;always@(posedge clk)beginif(count_hafe==500) begin hafeh<=0; endif(count_hafe==505) begin hafel<=1; endif(count_hafe==995) begin hafel<=0; endif(count_hafe==1000)begin hafeh<=1;count_hafe<=count_hafe+10'd1; endcount_hafe<=count_hafe+10'd1;end/*以下为按键设置*/reg[19:0] counttimer=20'd0;reg[4:0] key_scan;reg[4:0] key_scan1;always@(posedge clk)beginif(counttimer ==20'd999_999) //20ms 扫描一次按键,20ms 计数(50M/50-1=999_999) begincounttimer <= 20'b0; //计数器计到20ms，计数器清零key_scan <= key_in; //采样按键输入电平key_scan1 <= key_in1; //映射按键输入电平endelse counttimer <= counttimer + 20'b1; //计数器加1endreg [4:0] key_scan_r;reg [4:0] key_scan_r1;always @(posedge clk)beginkey_scan_r <= key_scan;key_scan_r1 <= key_scan1;endwire [4:0] flag_key = key_scan_r[4:0] & (~key_scan[4:0]); //当检测到按键有下降沿变化时，代表该按键被按下，按键有效wire [4:0] flag_key1 = key_scan_r1[4:0] & (~key_scan1[4:0]); //当检测到按键有下降沿变化时，代表该按键被按下，按键有效//以下为dac参考电压控制模块设置output din;output sclk;output sync;output enable;output ldac;reg[1:0] channel=2'd1;reg[15:0] data=16'd12000;parameter A=2'd0,B=2'd1,C=2'd2,D=2'd3;DAC8164_spi_control t1(.clk(clk),.channel(channel),.data(data),.din(din),.sclk(sclk),.sync(sync),.enable(enable),.ldac(ldac));endmoduleCC2640代码：#include <xdc/runtime/Error.h>#include <ti/sysbios/family/arm/cc26xx/Power.h>#include <ti/sysbios/BIOS.h>#include "ICall.h"#include "bcomdef.h"#include "peripheral.h"#include "simpleBLEPeripheral.h"/* Header files required to enable instruction fetch cache */#include <inc/hw_memmap.h>#include <driverlib/vims.h>#ifndef USE_DEFAULT_USER_CFG#include "bleUserConfig.h"// BLE user defined configurationbleUserCfg_t user0Cfg = BLE_USER_CFG;#endif // USE_DEFAULT_USER_CFG/*Exception handler*/void exceptionHandler(){volatile uint8_t i = 1;while(i){}}#ifdef FEATURE_OAD#if defined(__IAR_SYSTEMS_ICC__)extern uint32_t __vector_table;#elif defined (__TI_COMPILER_VERSION__)extern uint32_t ti_sysbios_family_arm_m3_Hwi_resetVectors;#endif //Compiler#endif //FEATURE_OAD/*======== main ========*/int main(){PIN_init(BoardGpioInitTable);#ifndef POWER_SAVINGPower_setConstraint(Power_SB_DISALLOW);Power_setConstraint(Power_IDLE_PD_DISALLOW);#endif // POWER_SAVING/* Initialize ICall module */ICall_init();/* Start tasks of external images - Priority 5 */ICall_createRemoteTasks();/* Kick off profile - Priority 3 */GAPRole_createTask();SimpleBLEPeripheral_createTask();#ifdef FEATURE_OAD{uint8_t counter;uint32_t *vectorTable = (uint32_t*) 0x20000000;#if defined(__IAR_SYSTEMS_ICC__)uint32_t *flashVectors = &__vector_table;#elif defined(__TI_COMPILER_VERSION__)uint32_t *flashVectors = &ti_sysbios_family_arm_m3_Hwi_resetVectors; #endif //Compiler.// Write image specific interrupt vectors into RAM vector table.for(counter = 0; counter < 15; ++counter){*vectorTable++ = *flashVectors++;}}#endif //FEATURE_OAD/* enable interrupts and start SYS/BIOS */BIOS_start();return 0;}。
