三相交流电源

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1、三相逆变电源 摘要：本单相正弦波逆变电源的设计，以18V直流电源作为输入，输出为36V、50Hz的标准正弦波交流电。该电源采用推挽升压和全桥逆变两级变换，在控制电路上，前级推挽升压电路采用MC34063芯片控制，闭环反馈；逆变部分采用驱动芯片IR2103进行全桥逆变，采用ARM完成SPWM的调制，后级输出采用电流互感器进行采样反馈，形成双重反馈环节，增加了电源的稳定性；在保护上，具有输出过载、短路保护、过流保护、空载保护等多重保护功能电路，增强了该电源的可靠性和安全性；输出交流电压通过全波精密整流成近似直流，再由STC89C52单片机的控制进行模数转换，最终将电压值显示到液晶12864上，形成

2、了良好的人机界面。该电源设计任务大部分完成了各项指标。关键词：单相正弦波逆变 DC-DC DC-AC SPWM 测量显示引言 目前逆变电源应用广泛，但是电路复杂，价格比较昂贵，为此设计一款逆变电源。该电源主要应用开关电源电路技术的有关知识，涉及模拟集成电路、电源集成电路、直流稳压电路、开关稳压电路等原理，充分运用SPWM频率脉冲宽度调制电路1和场效应管2（N沟道增强型MOSFET）的开关速度快、无二次击穿、热稳定性好的优点与二极管一起构成的组合设计电路。该逆变电源可将电瓶的18V直流电转换为220V/50Hz的交流电，供数码相机、CD机、MD唱机、笔记本电脑、小型录像机、电动剃须刀、手机等便携

3、式产品使用。因此具有相当强的通用性。1.系统设计1.1设计要求（1） 18V直流电源供电（2） 输出36V / 1A三相交流电源（3） 带负载能力：功率因数0.8 1感性负载（4） 测量并显示：电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数等，测量精度0.1%。1.2总体设计方案1.2.1设计思路 题目要求设计一个三相逆变电源，输出电压波形为正弦波。设计中主电路采用电气隔离、DC-DC-AC的技术，控制部分采用SPWM（正弦脉宽调制）技术，利用对逆变原件电力MOSFET的驱动脉冲控制，使输出获得交流正弦波的稳压电源。系统框图：2.方案论述2.1 DC-DC升压电路设计 本次设计中，提供的直流源

4、是正负18V，而逆变后输出电压的有效值要求是36V，所以必须把18V升压到36V以上，才能满足要求。 MC34063本身包含了DCDC变换器所需要的主要功能的单片控制电路且价格便宜。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，RS触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的DCDC变换器仅用少量的外部元器件，易于实现，所以本方案采用MC34063芯片来搭建升压电路。 MC34063组成的降压电路原理如下图,当芯片内开关管(T1)导通时，电源经取样电阻Rsc、 电感L1、MC34063的1脚和2脚接地，此时电感L1开

5、始存储能量，而由C0对负载提供能量。当T1断开时，电源和电感同时给负载和电容Co提供能量。电感在释放能量期间，由于其两端的电动势极性与电源极性相同，相当于两个电源串联，因而负载上得到的电压高于电源电压。开关管导通与关断的频率称为芯片的工作频率。只要此频率相对负载的时间常数足够高，负载上便可获得连续的直流电压。 其中，输入电压与输出电压的关系为：Uo=（1+R2/R1）*Ui2.2逆变电源2.2.1基本构成 本设计基于IR2103驱动全桥来实现DC/AC逆变，所用元件少，且结构更为简便。IR2103芯片是IR公司专为驱动功率开关管而设计的，是一种高电压高速的功率MOSFET和IGBT驱动器，尤其

6、适用于驱动高强度的放电HID灯，如高压钠灯和金卤灯等。该逆变设计电路的方框图如图1。该电路由18V直流输入、DC/DC升压电路、SPWM波驱动电路、逆变电路以及滤波电路组成。图1 2.2.2电路工作原理 输入12V直流电源电压，经然后经过逆变得到交流电。在逆变电路中是用单片机产生SPWM脉冲频率波形，作为各开光管的驱动。在每项中，在前半周期和后半周期，各开关管交替导通，使得负载电压极性有变化，上述状态如能不断地反复交替进行，则负载上的电压为交变电压。这就是由直流电变为交流的逆变过程。三相逆变的电路结构其工作过程与单相逆变桥相同，只要注意三相的相位之间互差三分之一周期就可以了。逆变器的输出波形是

7、SPWM方波，含有谐波成份，为了使输出波形正弦化，必须采用输出滤波器。输出滤波器的任务是使单次谐波和总谐波含量降低到指标允许的范围，其结构和容量取决于谐波含量的大小。电力电子器件高频化频率改善了三相逆变器的许多特性但是高频化同时带来了一系列其他的问题，比如过高的dvdt容易使感性负载的分布电容的作用不容忽视，从而导致整个系统的电磁兼容性变差。如果在没有任何滤波器的情况下，直接由SPW,I电压波驱动负载，那么与载波成整数倍的谐波会进入负载，从而对后级系统造成一些不良影响，严重甚至会损坏后级的系统。如果在SP删逆变器和负载之间加入低通滤波器，即通常的Lc滤波器，则某些高次谐波电压将被抑制。进行滤波

8、处理，最后得到基波为主要部分，就可得出三相交流电。陷波滤波器由Lc电路构成，它实际上是一种带阻滤波器，主要作用是防止开关频率附近的谐波进入负载，从而造成电流脉动和控制系统不稳定。所以它的转折频率与载波频率有密切的关系通常选择与开关频率一致。像这样把陷波滤波器和低通滤波器串联，就会得到非常好的滤波效果。首先，陷波滤波器消除了开关频率处谐波，接着低通滤波器进一步滤除其它高次谐波。这样一种滤波方式，同时可以降低低通滤波器转折频率过低要求和相应地提高阻尼电阻。2.2.3场效应管场效应管是一种适应开关电源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件。它是利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件3。其代表符号

9、如图5。这种器件不仅兼有开关速度快、无存储时间、体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点，因此大大的扩展了它的应用范围，特别是在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。MOSFET开关较快而无存储时间，故在较高工作频率下开关损耗较小，另外所需的开关驱动功率小，降低了电路的复杂性。本设计采用的是N沟道增强型MOSFET。只有在正的漏极电源的作用下，在栅源之间加上正向电压（栅极接正，源极接负），才能使该场效应管导通。当0时才有能有电流即漏极电流产生。即当时MOS管才导通。电路中主要运用三极管的导通截止的开关特性。2.3精密全

10、波整流电路全波精密整流电路如图从左到右看电路图，在第一个运放NE5532的作用是一个比例运算放大器，主要就是想把输入的信号缩小成1/2倍，要求R6=2R7，R5=R6*R7/(R6+R7)，输出的Uo=-R7*Ui/R6。 图中第二个运放NE5532作用就是精密全波整流，要求R1=2R2=2R3，增益为1/2，输入的正弦波，当UI0时，波形没有改变方向；当UI=N) i=0; PWMLER=0x7F; VICVectAddr=0x00; void Pwm_Init(void) PINSEL0=(22)|(20); PINSEL1=(110); PWMTCR=0x02; PWMPR=0x00;

11、PWMMCR=0x03; PWMPCR=(00)| (03)| (05)| (19)| (111)| (113); PWMMR0=Fpclk/12000; PWMLER=0x7F; PWMTCR=0x09; RQEnable(); VICIntSelect=0x00; VICVectCntl0=0x20|8; VICVectAddr0=(uint32)PWMCaculate; VICIntEnable=18;void Init_VPB_PLL(void) /Fosc = 11.0592MHz /Fcclk = 11.0592*6 = 66.3552MHz /Fcco = 66.3552*2*P

12、 =265.4208MHz /Fpclk =16.5888MHz / 配置VPB分频器相关寄存器 VPBDIV = 0x00; / Fcclk * 1/4 /配置PLL锁相环相关寄存器 PLLCON = 0x01; / PLLE=1 PLL使能 但PLL未连接 PLLCFG = 0x26; / 0 01 00111 分频器值(P=2) 倍增器值(M=7) PLLFEED = 0xAA;/ 0xAA 和0x55,为固定数据，写入以后。配置才会生效。 PLLFEED = 0x55; while(PLLSTAT&(110)=0); PLLCON = 0x03; /PLLE=1 PLLC=1 PLL使

13、能并连接 PLLFEED = 0xAA; PLLFEED = 0x55; int main() int k=0; Init_VPB_PLL();PWMMR0=Fpclk/12000; while(kN) EMP=0.5*(1+0.97*sin(k*2*pi/N); TEMP1=0.5*(1+0.97*sin(k*2*pi/N+2*pi/3); TEMP2=0.5*(1+0.97*sin(k*2*pi/N-2*pi/3); MR1k=(uint32)(PWMMR0*TEMP); MR3k=(uint32)(PWMMR0*TEMP1); MR5k=(uint32)(PWMMR0*TEMP2); k

14、=k+1; Pwm_Init(); while(1); return 0; /* End Of File*/（二）系统测量程序#include#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit key1=P30; /定义按键位置sbit key2=P31;sbit key3=P32;sbit ADC0809_ST=P34; /定义采样控制口sbit ADC0809_EOC=P35;sbit ADC0809_OE=P36;sbit C=P20; /定义采样通道定义sbit B1=P37;sbit A=P

15、27; sbit RS=P24; /定义LCD显示控制口sbit RW=P25;sbit E=P26;long int k,z=100,counter1=0;long int sum1=0,sum2=0; /定义采样求和float counter2=0,tmp=0;float u1=0,i1=0,w=0,w1=0,w2=0;/定义三相电压电流功率频率 void delayms(uint z) /延时 z msuint i; uchar j; for(i=z;i0;i-) for(j=110;j0;j-);void delay(uint i) /延时while(i-);void zhiling(

16、uchar a) /LCD12864写命令 E=0;RS=0;RW=0; E=1; P0=a; delayms(2); /延时 5ms E=0; delayms(2); /延时 5ms void shuju(uchar b) /LCD12864写数据E=0;RS=1;RW=0; E=1; P0=b; delayms(2); /延时 5ms E=0; delayms(2); /延时 5ms void lcd_init() /LCD12864初始化zhiling(0x01); /清屏 zhiling(0x30); /功能设置 zhiling(0x0e); /开/关显示设置 zhiling(0x06

17、); /输入方式设置 zhiling(0x14); /光标右移void writestring( char *str)/LCD12864写字符 int i=0; while(stri!=0) shuju(stri+); void writedata(long int d)/LCD12864写数字 uint shi,ge,shifen,baifen,qianfen;shi=(uint)(d/10000);ge=(uint)(d%10000/1000);shifen=(uint)(d%1000/100);baifen=(uint)(d%100/10);qianfen=(uint)(d%10);if

18、(shi)shuju(shi+0); shuju(ge+0); writestring(.); shuju(shifen+0);shuju(baifen+0);shuju(qianfen+0); void writedata1(float d)/写频率数字 uint qian,bai,shi,ge,shifen,baifen,qianfen;qian=(uint)d/1000;bai=(uint)(d/100)%10;shi=(uint)(d/10)%10;ge=(uint)d%10;shifen=(uint)(d-(uint)d)*10)%10;baifen=(uint)(d-(uint)d

19、)*100)%10;qianfen=(uint)(d-(uint)d)*1000)%10;if(qian)shuju(qian+0);if(qian|bai)shuju(bai+0);if(qian|bai|shi)shuju(shi+0);shuju(ge+0);writestring(.);shuju(shifen+0);shuju(baifen+0);shuju(qianfen+0);void dianyaxianshi() zhiling(0x80); writestring(电压测量); zhiling(0x90); writestring(1 相U=);writedata(u1);

20、 zhiling(0x97);writestring(V); zhiling(0x88); writestring(2 相U= );/writedata(u1); zhiling(0x8F);writestring(V); zhiling(0x98); writestring(3 相U=);/writedata(u1); zhiling(0x9F);writestring(V); void dianliuxianshi() zhiling(0x80); writestring(电流测量); zhiling(0x90); writestring(1 相I=);writedata(i1); zhi

21、ling(0x97);writestring(A); zhiling(0x88); writestring(2 相I=);/writedata(i1); zhiling(0x8F);writestring(A); zhiling(0x98); writestring(3 相I=);/writedata(i1); zhiling(0x9F);writestring(A); void gonglvxianshi() zhiling(0x80); writestring(频率=);writedata1(counter2); zhiling(0x87);writestring(Hz); zhiling

22、(0x90); writestring(有功W=); zhiling(0x97);writestring(w); zhiling(0x88); writestring(无功W=); zhiling(0x8F);writestring(w); zhiling(0x98); writestring(功率因素=);long int ADC0809caiyang1(uint q) / 通道1采样 long int i1; long int getdata1; P1=0xff; ADC0809_ST=0; C=0; B1=0; A=q; delay(10); ADC0809_ST=1; delay(10

23、); ADC0809_ST=0; delay(10); while(ADC0809_EOC=0); ADC0809_OE=1; getdata1=P1; /初始二进制采样值 ADC0809_OE=0; i1=getdata1*5000/256; return i1; void Init_Timer(void)/定义定时器 TMOD=0x11; /使用模式1，16位定时器 TH0=0x3c;TL0=0xaf; /给定初值，这里使用定时器最大值从0开始计数一直到65535溢出 TH1=(65536-10000)/256;TL1=(65536-10000)%256; EA=1; /总中断打开 EX1

24、=1;/允许外部中断INT1 IT1=1;/选择外部中断边沿触发方式 ET0=1;ET1=1; /定时器中断打开 TR0=1;TR1=1; /定时器开关打开void main() z=100; Init_Timer(); lcd_init(); dianyaxianshi(); while(1) if(!key1) k=1;/ 按下1相应的键显示三相电压 if(!key2) k=2;/ 按下3相应的键显示三相电流 if(!key3) k=3;/ 按下4相应的键显示功率与频率 switch(k) case 1:lcd_init();dianyaxianshi();delayms(1000);br

25、eak;/k=1 按下3相应的键显示三相电压 case 2:lcd_init(); dianliuxianshi();delayms(1000);break;/k=2 按下7相应的键显示三相电流 case 3:lcd_init(); gonglvxianshi();delayms(1000);break;/k3 按下11相应的键显示功率与频率 default:break; /外部中断0中断程序 void INT_1(void) interrupt 2 tmp+;/外部中断计数 /定时器0中断程序 void time0_int() interrupt 1 TH0=0x3c; TL0=0xaf;

26、counter1+; /每50ms加1 if(counter1=25)/定时器定时50ms，故50次中断就表示1.25秒钟到达 EX1=0; TR0=0; counter2=(tmp/1.25); tmp=0; counter1=0; EX1=1; TR0=1; void time1_int() interrupt 3 TH1=(65536-10000)/256;TL1=(65536-10000)%256; sum2=sum2+ADC0809caiyang1(1);/通道2连续采样100次 sum1=sum1+ADC0809caiyang1(0);/通道1连续采样100次 z-;if(z=0)z=100;u1=(float)sum1/10.0;i1=(float)sum2/100.0; /求100次平均值 w =u1*i1; /功率sum1=0;sum2=0;