基于PIC18F4431的逆变电源控制系统设计.doc

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1、基于PIC18F4431的逆变电源控制系统设计摘要为获得设定频率与电压的优质正弦交流电, 本次设计了一种以PIC18F4431单片机为核心的逆变电源控制系统。该电源以220 V、50Hz交流电压为输入, 通过整流和逆变组合电路, 来实现逆变。硬件设计采用了自举式浮充驱动电路、基于真有效值转换芯片的检测电路、RCD 缓冲电路, 并给出了硬件设计原理图。软件设计采用单极性等面积脉宽调制( PWM ) 法调制、采样、中断的方式进行稳压调节, 并给出了软件流程图。本文首先介绍了逆变电源的发展现状及趋势。文中分析了适合数字控制的基于DSP处理器TMS320F2812和智能功率模块(IPM)的逆变器硬件；

2、介绍了SVPWM逆变技术的基本理论，详细推导出了五种具体的SVPWM实现模式，并通过比较说明不同实现模式的优缺点，得到本课题采用的一种优化模式，设计研究了基于SVPWM控制方式的软件；介绍了Q格式的基本理论，在程序中变量间的运算采用Q格式，提高了系统数据运算的速度和精度，实现了左定点处理器上进行高性能的浮点运算：详细讨论了片上模数转换模块的转换误差来源及影响，研究了减小转换误差的方法，采用了软件方法来对转换结果进行实时校正，提高了模数转换的准确度。 本课题是在参阅了国内外大量资料和逆变器最新发展技术的基础上进行的高性能控制逆变器的一次有益的尝试和探索。整个控制系统经实验调试，证明本课题的软件设

3、计研究是可行的。关键词: PIC18F4431; 逆变电源;脉宽调制; 过流保护Abstract For produce a high quality sine wave, which frequency and voltage was set by user, an inverter control system based on PIC18F4431 micro contrller produced . The input o f the supply was 220 V、50 Hz AC,through rectifier and inverter circuit, to realize

4、 inverter. The hard are was designed by using a bootstrap drive circuit of floating channel a detection circu it based on RMS-DC chip, RCD buffer circuit, the schematicw as given. The software was designed by utilizing a unipolare-qualarea pulse width modulation( PWM ) modulation method, sampling an

5、d interrup tmode to regulate the voltage, the flow chart was presented. Combined with the latest development of modem technology of power electronic devices and digital signal processing, this paper studies the high-performance digital control system of inverter,with the TMS320F2812 as the dominant

6、chip produced by TlCompany for general motor control and the intelligent power module(IPM) as the main power devices of the inverterIn the first, the current situation and development trends of the inverters are presented in the paper. Following is the analyses of hardware of the inverter suiting fo

7、r digital control based on digital signal processor TMS320F2812 and the intelligent power module(IPM);the basic theory of space vector pulse width modulation (SVPWM) is introduced, five specific SVPWM modes of implementation are educed detailedly, following by the comparison which shows the advantag

8、es and disadvantages of different patterns. An optimization mode is got which is used in this project, and the software is designed based on SVPWM control pattern; the basic theory of- Q format is presented. variable Q format is adopted during the procedure for the calculation which improves the ope

9、ration of the system data speed and precision, achieving the targeted processor for high-performance floating-point operation in the fixed-point DSP; the error sources and effects of the on-chip analog-to-digital conversion module(ADC) are discussed in detail, methods to reduce the error are studied

10、, and a software method is used to correct the conversion results real-timely, raising the analog-to-digital conversion accuracyKey words: inverter supply; PIC18F4431; PWM; over current protection1绪论1.1选题背景及依据高频化、模块化、数字化、绿色化是当今逆变电源的发展趋势。其核心PWM 控制技术，最初是基于模拟电路调制技术，由载波和控制信号进行比较来实现的。随着数控技术的发展，又出现了数字式PWM

11、 集成芯片，但该方法却有着电路复杂、调制不方便的缺点。而微机控制技术的不断成熟，使软件计算的实时PWM 控制策略调制灵活、电路简洁、易于调节的优势日益明显， 因而越来越被人们所接受，且成为一种必然趋势。随着网络技术的发展，对逆变电源提出了更高的要求，高性能的逆变电源必须满足：高输入功率因数，低输出阻抗；暂态响应快速，稳态精度高；稳定性高，效率高，可靠性高；电磁干扰低等。要实现这些功能，离不开数字化控制技术。为获得设定频率与电压的优质正弦交流电，设计了一种以M icrochip Techno logy公司生产的PIC18F4431 单片机为核心的逆变电源控制系统。该电源以220 V、50 H z

12、交流电压为输入， 通过整流和逆变组合电路，来实现逆变电源。传统的逆变电源多为模拟控制系统。虽然模拟控制技术已经非常成熟，但其存在很多固有的缺点：控制电路的元器件比较多，电路复杂，所占的体积较大；灵活性不够，硬件电路设计好了，控制策略就无法改变；调试不方便，由于所采用器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器件的工作点的漂移，导致系统参数的漂移。模拟方式很难实现逆变电源的并联，所以逆变电源数字化控制是发展的趋势，是现代逆变电源研究的一个热点为了改善系统的控制性能，通过模拟、数字(A/D)转换器，将微处理器与系统相连，在微处理器中实现数字控制算法，然后通过输入、输出口或脉宽调制口（pulsewid

13、thmodulation,PWM）发出开关控制信号。微处理器还能将采集的功率变换装置工作数据，显示或传送至计算机保存。一些控制中所用到的参考值可以存储在微处理器的存储器中，并对电路进行实时监控。微处理器的使用在很大程度上提高了电路系统的性能，但由于微处理器运算速度的限制，在许多情况下，这种微处理器辅助的电路控制系统仍旧要用到运算放大器等模拟控制元件。近年来随着大规模集成电路技术的发展，一些专用心片的产生，使逆变电源的全数字控制成为现实。实时地读取逆变电源的输出，并实时地处理，使得一些先进的控制策略应用于逆变电源控制成为可能，从而可对非线性负载动态变化时产生的谐波进行动态补偿，将输出谐波达到可以

14、接受的水平。随着电机控制专用芯片的出现和控制理论的普遍发展，逆变电源技术朝着全数化智能化及网络化的方向发展，逆变电源的数字控制技术发生了一次大飞跃。只需修改软件即可，大大缩短了开发周期，而且可以应用一些新型的复杂控制策略，各电源之间的一致性很好，这样为逆变电源的进一步发展提供了基础.1.2 现代逆变电源技术及发展现状 美国贝尔实验室于1956年研制出世界上第一只品闸管(SCR)，标志着电力电子技术的开始。现代电力电子技术是以电力为丰要研究对象的电子技术。它利用电力电子器件对电能进行变换和控制。当代许多商新技术均，与电网的电流、电压、功率和相位等各种基本参数的变换，与控制有关，而电力电子技术能实

15、现对这些参数的精确控制和高效处理，尤其是能够实现大功率电能的频率变换，为高新技术的发展提供了强有力的支持。因此，现代电力电子技术不仅仅自身是一项高新技术，而且还是其他高新技术的发展基础。如果说微电子技术是信息处理技术，电力电子技术则是电力处理技术。 逆变，是对电能进行变换和控制的以种基小形式。电力电子电路的基本功能是使交流电能(AC)与直流电能(DC)之间进行相互转换，基本转换形式有四种，其中将直流电变换成交流电的变换称为DC/AC变换，也即通常所说的逆变。它是电力电子领域中最为活跃的部分。随着电力电子技术的发展，逆变技术也随之不断发展。“现代逆变技术”是综合了现代电力电子开关器件的应用、现代

16、功率变换、模拟和数字电子技术、PWM技术、频率及相位调制披术、开关电源技术和控制技术等的一门实用设计技术，己被广泛地用于工业和民用领域中的各种功率变换系统和装置中。所谓逆变器，是指整流器的逆向变换装置，其作用足通过半导体功率开关器件（如SCR，GTO，GTR，IGBT，智能IPM功率模块等）的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能，因此是一种电能变换装置。由于是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换，因此转换效率比较高，但转换输出的波形却很差，是含有相当多谐波成分的方波。而多数负载要求逆变器输出的是正弦波，这便是逆变技术经要所在。 逆变原理早在20世纪30年代初就被提出过，1948

17、年美国西屋电气公司用汞弧整流器制成了3000Hz的感应加热逆变器。其发展一般认为分为如下两个阶段：1956-1980年为传统发展阶段，这个阶段的特点是开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善多以重叠加法为主，体积和重量都较大，逆变效率低下，正弦波逆变器开始出现。1980年到现阶段为高频化新技术阶段，逆变技术发展日趋完善，在器件、电路及控制技术方面呈现出以下特点： (1)集成化。几乎所有全控型器件都由许多单元胞管子并联而成，也即一个器件是由许多子器件所集成。 (2)高频化。从高电j1i、大电流的GTO到高频率、多功能的STT，其T作频率己从数千赫兹到数兆赫兹，这标志着电力电子技术已

18、经进入高频化时代。日前，GTO的工作频率可达2kHz，GTR可达5kHz，功率MOSFET可达数百KHZ，SIT则可达1OMHz以上。 (3)全控化。电力电子器件实现全控化，即白关断，是电力电子器件在功能上的重大突破。无论是双极型的GTO、GTR、SITH或单极型的MOSF-ET、SIT以及混合型的IGBT、MCT等，都实现了全控化，从而避免了传统电力电子器件关断时所需的强迫换相电路。 (4)控制电路弱电化、控制技术数字化。全控型器件的高频化促进了电力电子控制电路的弱电化。PWM电路、谐振变流电路以及高频斩波电路，这些本来用于弱电领域的电路如今又成为电力电子电路的主要形式。控制这些电路的技术也

19、逐步数字化。 常用逆变器基小形式有以下几种分类方法：按照相数分类，可分为单相逆变器和三相逆变器：按照直流侧电源性质可分为电压型逆变器和电流型逆变器：按照输出波形可分为正弦波逆变器和非正弦波逆变器：按照输出能量的去向可分为有源逆变和无源逆变；接照逆变器牛电路的形式可以分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变：按控制分类，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。 有源逆变常用于直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机的串级调速和高压直流输电等方面。无源逆变应用十分广泛，在已有的各种电源中，蓄电池、太阳能电池等都足直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时就需要通过无源逆变电路。另外工业用的

20、变频变压电源、恒频恒压电源、感应加热用交流电源中和空调、冰箱等家用电中也有广泛应用。根据先进同家90年代的统计资料，超过60%以上的电能是经过电力电子技术处理变换后才使用的，而逆变技术在这种变换巾将起到重要的作用。在将来工业高度一动化的情况下，计算机技术、F1动控制技术以及以JT弦波逆变为最重要部分的电力电子技术将成为最重要的技术。1.3逆变电源的发展方向 电源系统是现代电子设备不可或缺的重要组成部分。1969年诞生的逆变电源可靠性高、稳定性好、调：肖特性优良、而且体积小、重量轻、功耗低，在电子和电气领域得到了极其广泛的应用。随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对电气设备控制性能要求的提商，逆

21、变技术在许多领域的应用也越来越广泛，对电源性能的要求越来越高。许多行业的用电设备都不是直接使用电网提供的交流电作为电源，而是通过各种形式对电网交流电进行交换，从而得到各自所需要的电能形式。在电力电子技术的应用及各种电源系统巾，逆变电源技术均处于核心地位。近年来，现代逆变电源技术的发展主要表现出以下几种趋势：1高频化理论分析和实践经验表明：电器产品的变乐器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频SDHz提高到20khz，提高400倍的话，用电设备的体积重量人体下降至工频设计的其主要材料可以节约90%甚至更高，还可以节电30%甚至更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐

22、步提高，促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态，原材料消耗显著降低、电源装潢小型化、系统的动态反应加快，更可以深刻体现技术含量的价值。2模块化模块化有两方面的含义，其一是功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块，含有一单元，两单元，六单元直至七单元，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年，有些公司把开关器件的驱动保护电路也集成到功率模块巾去，构成了“智能化”功率模块(IPM)，不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制选。有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM)，它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中

23、，使元器件之问不冉有传统的引线连接，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高了系统的可靠性。另外，大功率的开关电源，由于器件容量的限制和增加冗余、提高可靠性方面的考虑，一般采用多个独立的模块电源并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一但其巾某个模块失效，其他模块冉平均分担负载电力。这样，不但提高了功率容量，在器件容量有限的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，极人的提高系统可靠性，即使力一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为电源修复提供充分的时问。3数字化 现在数字式信号，数字电路越来越重要，数字信C-处理技术

24、日趋完善成熟，显示出越来越多的优点：便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、提高系统抗干扰能力、便。j：软件包调试和遥感遥测遥调、也便于自诊断，容错等技术的植入，同时也为电源的并联技术发展提供了方便。4绿色化 随着各种政策法规的出台，对无污染的绿色电源的呼声越来越高。绿色电源的含义有两层：首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染：其次这些电源不能对电网产生污染。为了使电源系统绿色化，电源应加装高效滤波器，还应在电网输入端采用功率因数校正技术和软开关技术。提高输入功率因数具有重要意义，不仅可以减少对电网的污染，降低市电的无功损耗，

25、起到环保和节能的效果，而且还能减少相应的投资，提高运行可靠性。提高功率因数的传统方法是采用无源功率因数校正技术，日前较先进的方法是：单相输入的采用有源功率因数校正技术，三相输入的采用SPWM高频整流提高功率因数。5并机冗余技术当今对供电系统的要求趋势一个是高可靠性，一个是大功率化，这两者都与电源的并联运行控制密切相关。并联运行主要有以下三个好处：第一：可以用来灵活的扩大逆变电源系统的容量：第二，可以组成并联冗余系统以提高运行的可靠性：第三，具有极高的系统可维修性能，在逆变器出现故障时，可以很方便的进行热拔更换或维修。因为，这样的并联运行系统在各种麻用领域得到了广泛的推广和应用。当前，并联控制方

26、式一般分为集中控制、主从控制、分散逻辑控制和无线独立控制四种方案。1.4传统逆变电源控制技术1.4.1传统逆变电源控制技术的缺点 传统的逆变电源多为模拟控制系统。虽然模拟控制技术已经非常成熟，但其存在很多固有的缺点：控制电路的元器件比较多，电路复杂，所占的体积较大；灵活性不够，硬件电路设计好了，控制策略就无法改变；调试不方便，由于所采用器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器件的工作点的漂移，导致系统参数的漂移。模拟方式很难实现逆变电源的并联，所以逆变电源数字化控制是发展的趋势，是现代逆变电源研究的一个热点。1.4.2传统逆变电源控制技术的改进 为了改善系统的控制性能，通过模拟、数字(A/D

27、)转换器，将微处理器与系统相连，在微处理器中实现数字控制算法，然后通过输入、输出口或脉宽调制口（pulsewidthmodulation,PWM）发出开关控制信号。微处理器还能将采集的功率变换装置工作数据，显示或传送至计算机保存。一些控制中所用到的参考值可以存储在微处理器的存储器中，并对电路进行实时监控。微处理器的使用在很大程度上提高了电路系统的性能，但由于微处理器运算速度的限制，在许多情况下，这种微处理器辅助的电路控制系统仍旧要用到运算放大器等模拟控制元件。近年来随着大规模集成电路技术的发展，一些专用心片的产生，使逆变电源的全数字控制成为现实。实时地读取逆变电源的输出，并实时地处理，使得一些

28、先进的控制策略应用于逆变电源控制成为可能，从而可对非线性负载动态变化时产生的谐波进行动态补偿，将输出谐波达到可以接受的水平。1.5逆变电源数字化控制技术的现状1.5.1逆变电源控制技术数字化、智能化、网络化 随着电机控制专用芯片的出现和控制理论的普遍发展，逆变电源技术朝着全数化智能化及网络化的方向发展，逆变电源的数字控制技术发生了一次大飞跃。逆变电源数字化控制的优点在于各种控制策略硬件电路基本是一致的，要实现各种控制策略，无需变动硬件电路，只需修改软件即可，大大缩短了开发周期，而且可以应用一些新型的复杂控制策略，各电源之间的一致性很好，这样为逆变电源的进一步发展提供了基础，而且易组成可靠性高的

29、大规模逆变电源并联运行系统。1.5.2逆变电源数字化需要解决的一些难题 数字化是逆变电源发展的主要方向，但还是需要解决以下一些难题：a)逆变电源输出要跟踪的是一个按正弦规律变化的给定信号，它不同于一般开关电源的常值控制。在闭环控制下，给定信号与反馈信号的时间差就体现为明显的相位差，这种相位差与负载是相关的，这就给控制器的设计带来了困难。b)逆变电源输出滤波器对系统的模型影响很大，输入电压的波动幅值和负载的性质，大小的变化范围往往比较大，这些都增加了控制对象的复杂性，使得控制对象模型的高阶性、不确定性、非线性显著增加。c)对于数字式PWM，都存在一个开关周期的失控区间，一般是在每个开关周期的开始

30、或上个周期之末来确定本次脉冲的宽度，即使这时系统发生了变化，也只能在下一个开关周期对脉冲宽度做出调整，所以现在逆变电源的数字化控制引起了广泛的关注。1.6逆变电源数字化的各种控制策略 逆变电源数字控制方法成为当今电源研究领域的一个热点，与数字化相对应，各种各样的离散控制方法也纷纷涌现，包括数字比例-积分-微分（PI）调节器控制、无差拍控制、数字滑变结构控制、模糊控制以及各种神经网络控制等，从而有力地推动逆变电源控制技术的发展。1.7论文的主要内容随着现代科技的发展，对于通信系统、信号系统、电力盟控系统、计费系统、计算机网络等一类高端用电设备同益增多，这类设备对供电电源的平稳性、波形等质量要求很

31、高，本论文就是设计这样一种逆变电源。主要实现以下功能：为获得设定频率与电压的优质正弦交流电，设计了一种以M icrochip Techno logy公司生产的PIC18F4431 单片机为核心的逆变电源控制系统。该电源以220 V、50 H z交流电压为输入， 通过整流和逆变组合电路，来实现逆变电源。本文研究的内容上要如下： 第1章主要介绍了选题的背景及依据、逆变电源技术现状及发展现状、发展方向等，并指出论文的研究内容。 第2章根据要求，设计电源总体结构设计。 第3章根据电源总体结构设计分别设计出：电源整流逆变主电路设计、控制电路设计。 第4章控制系统软件设计2 系统总体结构2.1电源总体结构

32、设计逆变电源主电路采用交-直-交型变换电路。电源由220V市电经过整流滤波输入到直流母线上，通过由单片机控制的全桥逆变电路，再通过输出滤波，即可获得所需电压与频率的正弦交流电。同时，检测电路将输出的电压和电流信号，以及温度信号反馈给单片机，用来调节电压和对电源实现过流，过热等保护，用以保证用户和电源的安全。系统的总体结构如图1所示图1 系统总体结构框图2.2 PIC18f4431简介PC18F4431是一款由Microchp Technology公司推出的专门针对电机运动控制、采用纳瓦技术的具有高性能nVM和AlD功能的增强型闪存单片机。在本设计中采用该8位单片机所独具的优势在于：4对具有互补

33、输出的14位功率控制PWM模块、采样速度高达2 X105次每秒的10位A/D转换器、灌电流艟电流峰值达25 mA、集成WDT看门狗和88单周期硬件乘法器瞪1。这些优异的性能为后而的硬、软件设计提供了方便。2.2.1PIC18F4431引脚图 PIC18F4431引脚图3 控制系统硬件设计3.1电源整流逆变主电路设计由于交-交型变频电路其输出频率受电网频率限制，不能高于其1/2，与本次设计要求的40-70HZ可变的要求不符，故采用交-直-交型变换电路。由于半桥逆变电路的输出电压幅值最高仅为直流母线的1/2，无法满足设计要求，故采用全桥逆变电路。其电路如图2所示：图2 整流逆变主电路3.1.1 3

34、.2控制电路设计控制电路的核心是PIC18F4431单片机，是一款由Microchip Technology 公司推出的专门针对电机运动控制,采用纳瓦技术的具有高性能PWM和A/D功能的增强型闪存单片机。在本设计中采用该8位单片机所独具的优势在于: 4对具有互补输出的14位功率控制PWM 模块、采样速度非常快的10位A/D 转换器、灌电流/拉电流峰值达25mA、和88单周期硬件乘法器 。这些优异的性能为后面的硬、软件设计提供了方便。3.2.1驱动电路设计本次设计采用IR公司生产的IR2110集成驱动芯片，该芯片是可驱动功率MOSFET和IGBT的自举式集成电路，是双通道、栅极驱动、高速高压、单

35、片式集成功率驱动模块，具有体积小、集成度高、响应快、隔离电压高(500V)、驱动能力强的特点，一个电源可驱动2个模块。其电路如图3所示：图3 自举式浮充驱动电路1.IR2110功能简介 在功率变换装置中，根据主电路的结构，起功率开关器件一般采用直接驱动和隔离驱动两种方式.美国IR公司生产的IR2110驱动器，兼有光耦隔离和电磁隔离的优点，是中小功率变换装置中驱动器件的首选。IR2110引脚功能及特点简介 内部功能如图示: 2IR2110引脚LO（引脚1）:低端输出COM（引脚2）:公共端Vcc（引脚3）:低端固定电源电压Nc（引脚4）:空端Vs（引脚5）:高端浮置电源偏移电压VB(引脚6):高

36、端浮置电源电压HO（引脚7）:高端输出Nc（引脚8）:空端VDD（引脚9）:逻辑电源电压HIN（引脚10）:逻辑高端输入SD（引脚11）:关断LIN（引脚12）:逻辑低端输入Vss（引脚13）:逻辑电路地电位端，其值可以为0VNc（引脚14）:空端3.IR2110的特点：（1）具有独立的低端和高端输入通道。（2）悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V。（3）输出的电源端（脚3）的电压范围为1020V。（4）逻辑电源的输入范围（脚9）515V，可方便的与TTL，CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率电源地之间允许有V的便移量。（5）工作频率高，可达500KHz。（6）开通、关断延迟小

37、，分别为120ns和94ns。（7）图腾柱输出峰值电流2A。4.IR2110的工作原理IR2110内部功能由三部分组成：逻辑输入；电平平移及输出保护。如上所述IR2110的特点，可以为装置的设计带来许多方便。尤其是高端悬浮自举电源的设计，可以大大减少驱动电源的数目，即一组电源即可实现对上下端的控制。3.2.2采样电路设计电压、电流采样电路主要采用LTC1968芯片，如图所示： LTC1968芯片一、 电压采样电路传统的采样电路从负载上取交流电, 通过整流、滤波、同相放大环节得到直流反馈值 , 这种电路不仅电路复杂、体积较大, 而且还由于运算放大器的零漂和温漂会影响到测量的精度和线性度, 其可靠

38、性也会受到影响。本设计采用真有效值转换芯片LTC1968与互感器组成的电压检测电路, 具有精度高、反应快、功耗低、体积小的特点。采样电路图如图4所示：图4 电压采样电路二、电流采样与过流保护电路过流保护电路输出的电流有效值可通过LM339与设定基准进行比较得到过流信号。该信号直接连接到PIC18F4431的故障输入端FLTA引脚, 可直接从硬件上屏蔽PWM输出信号, 使其驱动为无效状态，达到过流保护的目的。其电路如图5所示:图5 电流采样与保护电路（一） RCD缓冲电路常见的半导体开关器件开通和关断时间为纳秒级，因此在逆变电路中的寄生电感和寄生电容在开关过程中的作用是不能忽视的。针对这个问题，

39、国内外科学家曾提出过一些解决方法，如采用零电流、零电压开关，并联辅助功率管，调整零序分量等方法”1。本设计中，为减小妞T的开关损耗、抑制过电压，给每一只开关管配置了一个关断型RCD缓冲电路。在无缓冲电路的情况下，MOS管Q关断时du/dt很大，并出现很高的过电压。在有缓冲电路的情况下，Q关断时，负载电流通过二极管D向C分流，这样就把关断电流转移到缓冲电容上，而MOS管的电流迅速下降到零，减轻了Q的负担，抑制了du/dt太大和过电压。同时，由于缓冲电容的作用，MOS管关断时，其两端的电压上升缓慢，从而大大减小了电压上升和电流下降时的重叠区域，即形成了软开关，起到了减小开关损耗的作用。本设计采用的

40、RCD缓冲电路如图6所示：图6 RCD缓冲电路其中，缓冲电容C=Im T /Vd（ Vd为直流母线电压，Im为电流额定值，T为电压上升限制时间，即开关管导通关断平均时间），放电电阻R满足RC=（l/31 /5) Tom,（Tom为开关的导通时间）而R功率为B=CV2 f/2。4 控制系统软件设计一般来说PWM控制策略大致分为：载波比较法、采样法、空间矢量法、均质法、等面积法。本设计采用单极性等面积PWM法, 即根据相同时间间隔内PWM波的面积与调制波的面积相等的算法。假定一个周期内PWM载波比为2N，将参考正弦波Umsint的整个周期T分成2N等分，则每份时间（即载波周期)为Ts=T/(2N)

41、，在第i段区间正弦波的面积为： （1）而输出PWM波的幅值为Ud，采用单极性调制后，则第i个区间内的PWM波形的面积为： （2）令S1=S2，整理后可得： （3）由上式可见，开关器件的导通时间Tpi仅与N有关。而本设计中采用载波比为80，即N=40；可计算出每一时基开关器件的导通时间，并以数组形式存储到单片机内存空间中, 电源运行时再由单片机实时查表, 逐个周期修改占空比。当设定电压与220V标准电压有偏差时, 可经计算调整调制度M =Um/Ud值, 更新正弦表, 即可满足稳压的要求。5 结束语 高频化、模块化、数字化、绿色化是当今逆变电源的发展趋势。其核心PWM 控制技术，最初是基于模拟电路

42、调制技术，由载波和控制信号进行比较来实现的。随着数控技术的发展，又出现了数字式PWM集成芯片，但该方法却有着电路复杂、调制不方便的缺点。而单片机控制技术的不断成熟，使软件计算的实时PWM 控制策略调制灵活、电路简洁、易于调节的优势日益明显， 因而越来越被人们所接受，且成为一种必然趋势。 本设计以PIC18F4431为核心的逆变电源采用全数字化控制技术，具有调节灵活、性能可靠、精度高、变频范围广的有点，具有很高的性价比和良好的市场前景。同时，该方案也满足了当前逆变电源高频化、数字化的发展趋势。6 致谢本文是在导师杨巧玲老师的悉心指导和亲切关怀下顺利完成的。杨巧玲老师一丝不苟的敬业精神、严谨求实的

43、治学态度、开拓创新的求学精神、诲人不倦的育人品德、平易近人的生活作风深深地令我折服，尤其是杨老师一直教导我们的要善于“寻找科学问题、发现科学问题、解决科学问题”，已成为我学习的座右铭。两年来，杨巧玲老师不厌其烦地指导我的学习，在生活上给予我无私关怀和帮助，这将使我终生难忘。在本文成稿之际，谨向杨巧玲老师表示由衷的感谢和致以深深的敬意。 在参加课题项目的过程中，我得到了课题组成员的热心指导和大力帮助。特别是组长，在学习上给了我很大的启迪和帮助。他们在学习上认真严谨，在生活中乐观豁达，是我学习的榜样，在此向他们表示特别的感谢。在讨论会上，给我提出宝贵意见，为课题研究的深入提供了帮助。在3个月的毕业

44、设计生涯中，他们与我共勉共进，结下了深厚的兄弟般的友谊，令我终生难忘。 特剔感谢球友赵亮、梁琳9币姐、张沛，于紧张学习之余，在西边体育馆里一起打羽毛球，很开心的、奔跑拼抢、挥汗如雨的场景将是我心中永远亮丽的风景。 特别感谢老乡黄建波、高珍妮，他们在我求学和找工作过程中提供的帮助，永铭我心中。 感谢室友赵亮、王赛军、杨智兵，以及相邻室友在学习和生活上对我的关心和帮助，一起走过的酸甜苦辣、点滴悲欢将牢记在我心头。 感谢我的朋友们与我共享快乐、分担压力，不离不弃，为我分忧解难，全心全意，他们的关怀和帮助是我前行的动力。 感谢母校兰州理工大学技术工程学院给我提供深造的机会。母校厚重的理工本色、兼容并蓄

45、的校风、热闹蓬勃的氛围、多种多样的资源让我受益匪浅。在华中科技大学的求学经历将是我人生的一笔财富。一并感谢电子科学与技术系的诸位领导与老师对我的教育、培养和关心 最后，要深深地感谢我的父母，他们以辛勤的劳动养育了我，他们默默无闻的支持和无私的后勤保障使我能安心顺利走过18年的求学路程，他们以无声的行动教给我做人的基本道理，他们豁达开朗的人生态度与充分信任让我健康自由地成长，他们勤劳朴素的美德时刻提醒我要踏踏实实地为人生而奋斗。特别感谢我的哥哥和姐姐们，他们的关心和鼓励一直是我求学路上前进的动力，手足之情，令我非常感激。特别感谢我的亲友们，感谢一直以来他们对我的爱护和无私的帮助。 感谢之余，我亦

46、深感不安。由于本人能力有限，加上时间仓促、条件不够，虽终成此文，然文中不成熟、不完善之处不少，恳请各位老师、同学批评指正。谢谢大家。参考文献1张一工，肖湘宁，现代电力电子技术原理与应用，北京：科学出版社，1999 2苏玉刚，陈渝光，电力电子技术，重庆：重庆大学出版社，2003.4 3王兆安，黄俊，电力电子技术，北京：机械工业出版社，2000 4应建平，林谓勋，黄敏超，电力电子技术基础，北京：机械工业出版社，2003.2 5浣喜明，姚为正，电力电子技术，北京：高等教育出版社，2001 6Jai P.Agrawal，Power Electronic Systems Theory and Desig

47、n，BeiJing： TsinghuaUniversity Press,2001.8 7孙传友，孙晓斌等，测控系统原理与设计，北京：北京航空航天大学出版社，2002.9 8孙传友，孙晓斌等，测控电路及装置，北京：北京航空航天大学出版社，2002.5 9卢胜利，智能仪器设计与实现，重庆：重庆大学出版社，2003.6 10张宪，李良洪，电工技术，北京：国防工业出版社，2003.8 11秦曾煌，电工学，北京：高等教育出版社，1999.9 12叶挺秀，电工电子学，北京：高等教育出版社，1999.9 13李爱文，张承慧，现代逆变技术及其应用，北京：科学出版社，2000.9 14王聪，软开关功率变换器及其应用，北京：科学出版社，2000.1 15杨旭，裴云庆，王兆安，开关电源技术，北京：机械工业出版社，2004.1 16张惠，电源大全，成都：西南交通大学出版社，