1、学校代码：11517学 号：201150712302HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING毕业设计题 目 基于 PWM的正弦波电源的设计与实现 学生姓名 韩立业 专业班级 电气工程及其自动化 1123班学 号 201150712302 系 （部） 电气信息工程学院 指导教师(职称) 牛亚莉（副教授） 邓丽霞（讲师） 完成时间 2013 年 5月 20 日 河南工程学院论文版权使用授权书本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保存论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手
2、段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。论文作者签名：年 月 日 河南工程学院毕业设计(论文)原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。论文作者签名： 年 月
3、 日河南工程学院毕业设计（论文）任务书题目 基于 PWM的正弦波电源的设计与实现 专业 电气工程及其自动化 学号 201150512302 姓名 韩立业 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：设计一个基于 PWM 的正弦波电源，包括电源逆变系统的基本结构和控制方式、硬件电路的设计、控制系统软件的设计等。根据仿真模型焊接，并选择各元器件，作出实物，并将实物的实际输出与模型比较，校正并调整，并将此电源在实验室制作出实物。基本要求:1、掌握 PWM 控制技术，确定总体设计方案。2、熟悉逆变器工作原理，完成器件选型，绘制系统硬件原理图。3、完成硬件电路的焊接、测试。4、编写软件程序，进行软硬件
4、联机调试。主要参考资料：1 刘风君. 正弦波逆变器. 北京科学出版社, 20022 王水平等. PWM 控制与驱动器使用应用电路. 西安电子科技大学出版社, 20043 王兆安. 电力电子技术，第五版. 北京机械工业出版社, 20094 钱照明，叶忠明，董柏藩.电力系统自动化.北京科学出版社，1997（21）:35-705 李先允,姜宁秋.电力电子技术.中国电力出版社，2007(6):17-29完 成 期 限：指 导 教 师 签 名 ： 专业负责人签名： 年 月 日目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪论 .11.1 论文的来源目的及意义 .11.2 设计指标及实现 .11.3 研究
5、概况 .21.4 主要内容 .22 逆变器的主要控制方式 .42.1 逆变器的模拟控制方式 .42.1.1 电压型控制方式 .42.1.2 单周期控制技术 .52.2 逆变器的数字控制 .53 逆变系统基本结构及其控制策略 .73.1 逆变系统的基本结构 .73.2 SPWM 控制技术原理及其实现 .83.2.1 SPWM 控制技术原理 .83.2.2 SPWM 控制脉冲的实现方式 .104 系统硬件电路 .134.1 电源的整体结构和原理 .134.2 逆变电源主电路的设计及仿真 .134.2.1 死区时间控制电路 .144.2.2 输出 LC 滤波器的计算 .154.2.3 功率开关管的选
6、择 .164.3 驱动电路 .174.4 缓冲电路 .204.5 采样调制电路 .214.6 过欠压保护电路 .224.7 本章小结 .245 电源的实现 .256 总结 .27致 谢 .28参考文献 .29附 录 .31基于 PWM 的正弦波电源的设计与实现I基于 PWM 的正弦波电源的设计与实现摘 要伴随着电力电子技术的发展以及变频电源的应用越来越广泛，对作为变频电源中重要的部分逆变器也提出了更高的要求。传统的逆变器多为模拟控制或模数控制相结合的控制系统，结构复杂，集成化程度低，并且价格高，因此逆变器的数字化成为了一种趋势。逆变器主要包括逆变主电路、控制电路、滤波电路及其他辅助电路。本设计
7、首先介绍逆变电源的传统控制及数字化控制方式，接着介绍逆变电源的基本结构，分析逆变电源的 SPWM 控制原理，编写了 SPWM 的产生程序。随后进行了逆变系统的硬件设计，主要包括逆变主电路、死区时间控制电路、DC-DC 升压模块等，并确定了电路中各元器件的型号。在 Proteus 中完成了系统的仿真与调试，在仿真中系统的参数满足了设计要求，之后完成实物的制作，完成实物后，经测试结果并未达到要求。关键词 逆变器/数字控制/脉冲宽度调制基于 PWM 的正弦波电源的设计与实现IIDesign and Realization of sine wave power supply based on PWMA
8、BSTRACTWith the development of science and technology, variable frequency power supply applied more widely in our life, but also put forward higher requirements on as an important part of the inverter frequency conversion power. The traditional inverter to control the system, simulation of control o
9、r modulus control combined with a complex structure, the integrated degree is low, and the price is high, so the digital inverter has become a trend.Inverter includes the main circuit, the inverter control circuit, filter circuit and other auxiliary circuit. This design introduces the traditional in
10、verter power control and digital control mode, and then introduces the basic structure of inverter, SPWM control principle of inverter power supply, the generation process of SPWM. Then the hardware design of inverter system, includes the main circuit, control circuit of inverter dead time, DC-DC co
11、nverter module, and to identify the components in the circuit model. The simulation and debugging of the system in the Proteus system in the simulation, parameters meet the design requirements, after the completion of production in kind, to complete the material, the test results do not meet the req
12、uirements.KEY WORDS Inverter,Digital control,PWM基于 PWM 的正弦波电源的设计与实现11 绪论电力电子器件产生于 20 世纪 40 年代末，随着几十年的发展，电力电子器件在大功率化、高频化、集成化得到了长足的进步，在此期间逆变器技术也飞速发展起来。1.1 论文的来源目的及意义变频电源就是一种交流-直流-交流转换的电源装置，经过转换后的输出信号为纯净的正弦波信号，该种电源可在适当的范围内调节输出信号的频率和电压。它在我们的生活与工作中应用十分广泛，主要适用于家用电器、电子应用、实验室等方面，并可用来检测各种用电电器。变频电源中的逆变器的作用就是将
13、直流电压转为交流电压，随着科技不断的进步，逆变器技术也得到了长足的发展，同时对逆变器的要求也越来越高。采用模拟控制方式或模数相结合的控制方式的逆变电源的结构复杂，集成化程度低，并且价格昂贵。为了解决这些问题，同时随着高性能的数字芯片的产生，逆变器的数字化成为了一种趋势。PWM 的全称是 Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制） ，该种控制方式的基本原理就是通过改变逆变主电路中的开关器件的通断时间来得到一系列宽度不等、幅值相同的脉冲，而后用此脉冲替代设计中所需的波形。脉宽调制控制方式因其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式。随着电子技术的发展
14、，出现了多种脉冲宽度调制技术，其中包括：相电压控制 PWM、脉宽 PWM 法、随机 PWM、SPWM 法、线电压控制 PWM 等。所谓 SPWM，就是在脉冲宽度调制的基础上改变了调制脉冲方式，通过改变脉冲的占空比得到正弦波的输出。1.2 设计指标及实现技术指标为:当输入电压为 24V10%V 时，经过逆变器的输出电压要达到单相交流 36V5%V，400Hz 的指标，且输出电流为 200mA。根据设计指标确定逆变系统的主电路，并且确定系统的控制方式，完成该系统的软件仿真，根据仿真的结果进行调试，得到符合技术指标的输出。根据仿真模型确定各个元器件，最终做出电源的实物。基于 PWM 的正弦波电源的设
15、计与实现21.3 研究概况逆变电源从出现到现在共经历了三个阶段的发展，20 世纪 50 年代末是电力电子技术飞速发展的时期，逆变电源也产生于这个时代。逆变电源出现之初逆变电路中采用了 Thyristor（晶闸管）开关器件，因为电路中采用晶闸管器件，该种逆变电源也称为可控硅逆变电源。这是逆变电源发展的第一个阶段。此种电源的出现使逆变技术向前发展了一大步，同时也带来一些问题：在逆变电源中增加了换流装置，增加了其复杂性，并且有噪声大、体积大等缺点。第二代的逆变电源采用 GTO、GTR、IGBT 等关断器件作为开关器件。此种电源的优点如下：由于采用了自关断器件，因此电路中不需要换流装置，这就减小了电源
16、的体积，并降低了成本，使得逆变电源的开关频率、动态压降均减小。但是该种电源也有缺点，就是对非线性负载的适应性不强。第三代的逆变电源是应对前两种电源中出现的缺点而提出的。第三代逆变电源采用 MOSFET 管，理论上说这种加强型绝缘栅场效应管无需驱动功率，因此不存在驱动电流的多次放大，驱动只要使 MOS 绝缘栅充电过程中输出一定的脉冲幅度，即可使开关管导通，并且其栅极并不消耗功率。该种逆变电源的出现大大提高了系统对非线性负载的适应性以及其动态特性。1.4 主要内容通过前期对相关资料的查阅，本文分析和对比了全桥及半桥逆变结构及其控制方式的优缺点，通过比较，本文选用电压利用率较好、实际效果更好的单相全
17、桥逆变电路作为本设计的主电路，随后介绍了系统辅助电路的设计，并给出了产生SPWM 波形方法及其程序，最后利用 Proteus 软件完成了系统仿真，分析其有效性和可行性后做出了相应的实物。本文的内容分为以下几个章节：（1）介绍本课题的来源、目的及其意义，并介绍逆变电源的国内外研究概况及其研究方向。（2）介绍逆变器的各种控制方式，通过对传统的逆变器控制方式与数字化控制方式的比较，得出数字化的逆变器是逆变器发展的趋势。（3）介绍逆变系统的基本结构，具体分析 SPWM 单相全桥逆变电路的工作原理及单极性、双极性 SPWM 控制方式，给出了 SPWM 控制脉冲的实现方法，即利用单片机芯片生成 SPWM 波。
