董嘉雪 辛平 程明

摘? ?要：電源正朝著高效率，高穩(wěn)定度，高功率密度，低污染，模塊化發(fā)展。為了滿足輸出電壓和頻率可變的逆變電源的基本指標(biāo)，調(diào)制方式上各種新穎的調(diào)制技術(shù)不斷涌現(xiàn)，控制上各種適合于不同要求的逆變器的控制方案被提了出來(lái)。本設(shè)計(jì)是基于SPWM逆變技術(shù)，將由單片機(jī)產(chǎn)生的SPWM波輸出作為絕緣柵雙極晶閘管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，最后通過(guò)低通濾波，從而在輸出端得到一個(gè)無(wú)失真的正弦信號(hào)波形。本文設(shè)計(jì)了一種交流電力頻率轉(zhuǎn)換器（AFC），提高交直流轉(zhuǎn)換器與無(wú)功功率控制，其超前相位補(bǔ)償原理是導(dǎo)致減少當(dāng)前控制回路的給定線頻率帶寬的要求。由于這些特性，可使用相對(duì)減緩轉(zhuǎn)換功率等設(shè)備，因此它可以用于高電平交流線頻率。

關(guān)鍵詞：變頻電源? IGBT? SPWM調(diào)制? 單片機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM91? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（b）-0058-02

國(guó)內(nèi)的變頻電源有程控型和模擬型，二者均采取SPWM技術(shù)，SPWM電路均是在一定條件下選取硬件實(shí)現(xiàn)及全控橋逆變電路搭建而成;而異同點(diǎn)是程控型實(shí)則是模、數(shù)混合系統(tǒng)人機(jī)對(duì)話，此混合模式能更加利于把數(shù)據(jù)傳送與上位機(jī)微機(jī)，但當(dāng)編寫(xiě)程序不當(dāng)，或不合理的工藝布局，都相對(duì)其他易于產(chǎn)生機(jī)體死機(jī)并復(fù)位現(xiàn)象。而模擬型則全是由硬件匹配實(shí)現(xiàn)的，是由控制以及調(diào)制電壓，頻率的旋鈕設(shè)置產(chǎn)生。從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看除了上述兩種外，還有一種是在一定條件下選取線性放大技術(shù)，并且此類(lèi)電源市場(chǎng)占有率相比較而言較小，且功率只能輸出為幾千瓦。隨著世界新興技術(shù)迅速的發(fā)展，電源技術(shù)等很多學(xué)科領(lǐng)域都緊密相連。在現(xiàn)代通信，電子儀器，計(jì)算機(jī)，工業(yè)自動(dòng)化，電力工程，國(guó)防以及某些的高新技術(shù)中發(fā)揮著相對(duì)于而言更加重要的作用?，F(xiàn)如今大多數(shù)的高新技術(shù)同電源的電壓，電流，頻率，相角以等參數(shù)控制及變換緊密相連，由此電源技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于控制以及高效率的處理形式的參數(shù)來(lái)說(shuō)更加精確，特別是在電能頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程中實(shí)現(xiàn)大功率，故為多項(xiàng)的創(chuàng)新型技術(shù)提供更為廣闊的前景。

1? 系統(tǒng)組成及單元電路設(shè)計(jì)

變頻器電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，如圖1所示。主電路通入20V的電源，絕緣柵雙極晶閘管驅(qū)動(dòng)電路通入15V電源，此時(shí)PWM發(fā)生器接入9V電源后，輸出的電壓途經(jīng)低通濾波，由直流母線側(cè)能得到相對(duì)穩(wěn)定的直流電壓值。再由PWM發(fā)生電路中，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)電阻器，使其電壓可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)步長(zhǎng)的增量，可調(diào)節(jié)頻率的大小后，輸出的直流電壓，途經(jīng)直交流的逆變后，再由絕緣柵雙極晶閘管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路所送出的信號(hào)輸出，在途經(jīng)一級(jí)小容量相對(duì)較小的濾波網(wǎng)絡(luò)后，即可在輸出端用示波器測(cè)得，相對(duì)而言理想的正弦波。且在電壓采集的數(shù)碼管中，輸出電壓值。

在PWM發(fā)生電路中以MCS51單片機(jī)為主體的逆變電路，途經(jīng)絕緣柵雙極晶閘管所獲取的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及直流母線側(cè)的電壓采樣采用STC2052AD單片機(jī)編程，同一時(shí)間加以監(jiān)測(cè)并顯示直流母線側(cè)電壓值，使整個(gè)系統(tǒng)更加方便用戶的操作。

1.1 驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由15V的電源控制供電的電路，驅(qū)動(dòng)的信號(hào)SPWM正弦波由（2）輸入。將單片機(jī)的輸出脈沖功率放大以此為驅(qū)動(dòng)電路的作用，以驅(qū)使絕緣柵雙極晶閘管，保證絕緣柵雙極晶閘管穩(wěn)定工作。絕緣柵雙極晶閘管的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，如圖2所示。

1.2 STC89C51單片機(jī)軟件流程

SPWM的產(chǎn)生是用 STC89C51單片機(jī)編程之后途經(jīng)DAC0832D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，Im358放大電路以及穩(wěn)壓電路實(shí)現(xiàn)，根據(jù)SPWM每等份面積不同，在重新加載時(shí)給與不同的定時(shí)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)按正弦規(guī)律變化的SPWM輸出再由DAC0832模數(shù)轉(zhuǎn)化，途經(jīng)Im358放大電路，穩(wěn)壓電源之后輸出SPWM波。軟件流程圖，如圖3所示。

2? 測(cè)試結(jié)果

本設(shè)計(jì)是基于基于絕緣柵雙極晶閘管的變頻電源，其以PWM脈沖發(fā)生裝置及絕緣柵雙極晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路為主要設(shè)計(jì)部分。因?yàn)樵跍y(cè)試時(shí)還需要15V直流電源、20V直流電源、信號(hào)接地以及電源接地。當(dāng)波形發(fā)生器的頻率分別為1k，100k時(shí)，經(jīng)低通濾波器，驅(qū)動(dòng)電路放大，以及電壓采集信號(hào)后所獲取得到的方波波形。其中，1k頻率下的輸出波形，如圖4所示。100k頻率下的正弦波輸出波形，如圖5所示。

脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的脈沖為矩形波，并且占空比可調(diào)，符合預(yù)期的要求。對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試可以看出整個(gè)過(guò)程中絕緣柵雙極晶閘管的工作正常，并且脈沖信號(hào)可以控制絕緣柵雙極晶閘管的關(guān)斷。進(jìn)一步說(shuō)明了本設(shè)計(jì)的成功性。

3? 結(jié)語(yǔ)

本文綜合了電力電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)微機(jī)控制技術(shù)等多項(xiàng)基礎(chǔ)理論技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款能利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖的占空比可調(diào)的智能控制開(kāi)關(guān)電源。通過(guò)鍵盤(pán)預(yù)置電壓控制單片機(jī)，進(jìn)行脈寬調(diào)制，使輸出電壓在大范圍內(nèi)可調(diào)。與傳統(tǒng)線性電源相比，這種電源的效率更高，同時(shí)電源的體積和重量也減小了很多。由于電源中有智能控制元件應(yīng)用，不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，還使電源有更好的操作性，并且更容易升級(jí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 榮睿.基于高速絕緣柵雙極晶閘管的100kHz高壓-低壓DC/DC轉(zhuǎn)換器[J].電子產(chǎn)品界，2015，22（9）：58-61.

[2] 辛平，劉德君，弭洪濤.電流型變頻器實(shí)驗(yàn)裝置關(guān)鍵技術(shù)研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018，35（5）：95-97.

[3] 白晶，劉健，盧士祺.電流型整流器雙閉環(huán)多變量反饋控制策略的研究[J].電氣傳動(dòng)，2015，45（5）：65-69.