小功率移动逆变电源设计要点.docx

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小功率移动逆变电源设计要点

电力电子技术课程设计报告

小功率移动逆变电源

指导教师：

学生：

XX

学号：

XXXXXXX

专业：

自动化

班级：

08级X班

重庆大学自动化学院

2011年1月

课程设计指导教师评定成绩表

工程

分值

优秀

（100>x≥90）

良好

（90>x≥80）

中等

（80>x≥70）

及格

（70>x≥60）

不及格（x<60）

评分

参考规范

参考规范

参考规范

参考规范

参考规范

学习态度

15

学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作

学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务

学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作

学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务

学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度

技术水平与实际能力

25

设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信

设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研比较合理、可信

设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信

设计基本合理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错

设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题

创新

10

有重大改进或独特见解，有一定实用价值

有较大改进或新颖的见解，实用性尚可

有一定改进或新的见解

有一定见解

观念陈旧

论文（计算书、图纸）撰写质量

50

结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰

结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰

结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰

结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整

内容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰

指导教师评定成绩：

指导教师签名：

年月日

自动化学院2008级自动化专业

电力电子技术课程设计任务书

一、课程设计的教案目的和任务

电力电子技术是研究利用电力电子器件、电路理论和控制技术，实现对电能的控制、变换和传输的科学，其在电力、工业、交通、通信、航空航天等很多领域具有广泛的应用。

电力电子技术不但本身是一项高新技术，而且还是其它多项高新技术发展的基础。

因此，提高学生的电力电子领域综合设计和综合应用能力是教案计划中必不可少的重要一环。

通过电力电子技术的课程设计达到以下几个目的：

1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Intel网检索需要的文献资料。

2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。

4、提高学生的电力电子装置分析和设计能力。

5、提高学生课程设计报告撰写水平。

二、课程设计的基本要求

1.教师确定方向，在教师的指导下，学生自立题目

注意事项：

①所立题目必须是某一电力电子装置或电路的设计，题目难度和工作量要适应在一周内完成，题目要结合工程实际。

学生也可以选择规定题目方向外的其他电力电子装置设计，如开关电源、调光灯、镇流器、UPS电源等，但不允许选择其他班题目方向的内容设计（复合变换除外）。

②通过图书馆和Intel网广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计题目。

自立题目后，首先要明确自己课程设计的设计内容。

要给出所要设计装置（或电路）的主要技术数据（如输入要求，输出要达到的目标，装置容量的大小以及装置要具有哪些功能）。

如：

直流电动机调压调速可控整流电源设计

主要技术数据

输入交流电源：

三相380V

10%f=50Hz

直流输出电压：

0~220V

50~220V范围内，直流输出电流额定值100A

直流输出电流连续的最小值为10A

设计内容：

整流电路的选择

整流变压器额定参数的计算

晶闸管电流、电压额定的选择

平波电抗器电感值的计算

保护电路的设计

触发电路的设计

画出完整的主电路原理图和控制电路原理图

列出主电路和控制电路所用元器件的明细表

2.在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力。

要求具体电路技术方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。

具体电路元器件的选择应有计算和说明。

课程设计从确定技术方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过刨析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。

课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。

（注意：

所确定的主电路技术方案如果没有论证说明，成绩不能得优；设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引注，否则也不能得优）。

3.在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力。

要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路和控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型），严禁抄袭。

4.课题设计的主要内容是主电路的设计，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。

5.课题设计报告要求图表规范，文字通顺，逻辑性强。

课题设计报告字数5000字左右。

三、课程设计的工作计划

课程设计时间5天。

第1天上午，指导教师向学生讲授课程设计的目的、任务、设计方法和注意事项。

第1天下午和第2天学生到图书馆和Intel网上按照指导教师的要求查找所需要的文献，并在阅读分析中确定自己的研究题目、技术数据和设计内容，交指导教师审阅。

第3天学生的主要任务是确定技术方案。

第4天和第5天，学生的任务是综合所学知识，进行主电路和控制电路的设计，撰写课程设计报告。

四、各班的题目方向

1班题目方向：

相控整流技术的工程应用

2班题目方向：

斩波技术的工程应用

3班题目方向：

交流调压或交流调功技术的工程应用

4班题目方向：

无源逆变技术的工程应用

。

1引言1

2电源设计的基本要求1

3电路总体技术方案的设计及相关原理1

3.1主电路的设计1

3.2电源的控制结构3

3.3SPWM脉宽调制波的产生4

4主电路的参数设定与计算4

5课程设计归纳总结5

参考文献5

小功率移动逆变电源设计

1.引言

目前，小功率移动逆变电源在工业,交通运输,通信系统,计算机系统,新能源系统得到了广泛的应用。

该类电源的功能是将蓄电池中的低压直流转换为市电交流。

这类电源的一种主电路结构是由高频DC/DC和DC／AC（逆变）两个环节组成。

输出波形和转换效率是衡量这类产品的重要指标，而保证这些指标的关键之一是其控制器的设计。

本文介绍一个基于高性价比16位数字信号控制器DSP56F801和脉宽调制芯片UC3846的DC／AC电源设计，该设计实现了装置中控制信号的发生和测量信号的检测，采用了电压有效值反馈加前置滤波PID调节器的数字控制和硬件与软件相结合的抗干扰措施。

实验结果表明该设计的DC／AC电源的输出波形、效率和可靠性等指标均有所提高。

2.电源设计的基本要求

设计的小功率移动逆变电源由高频DC／DC环节和SPWMDC／AC环节组成。

由UC3846控制的DC/DC环节采用具有变压器的推挽电路，实现低压直流到高压直流的变换并克服变压器的偏磁。

基于MOTOROLA的DSP芯片56F80l实现DC／AC环节的SPWM信号发生、输出交流电压调节和整个电源的监测和保护。

该电源还应该具有体积小，控制简单，可靠性较高，成本较低，逆变效率高，波形质量好等特点，这样才能使产品在市场有较高的竞争力。

3.电路总体技术方案的设计及相关原理

3.1主电路的设计

系统主电路原理图：

图1为该设计的主电路结构，其中24V蓄电池的直流电压经过开关管S1和S2，高频变压器T、桥式整流器、L1和C1升压为360V的直流高压，再经S1～S6组成的逆变桥得到220V/50Hz的交流输出。

3.1.lDC／DC环节

　　采用变压器的升压DC／DC环节中的原边逆变电路拓扑有半桥式、全桥式、椎挽式等。

半桥式电路输出电平只能为蓄电池电压的一半，全桥式电路由于其导通同路中存在2个管压降，因此在低直流电压回路中采用这两种电路拓扑将限制装置的效率，而推挽结构可充分利用蓄电池电压，同时在导通回路中只有一个管压降，因此本设计采用了推挽式结构。

　　推挽变换器每周期内S1和S2在各自的半周期内导通一次。

为了防止变压器的偏磁，S1和S2轮流导通的时间要相等，变压器原边的中心抽头绕组的绕制要注意对称。

变压器副边将与原边耦合产生的交流电压升压，然后经不控整流得到高压直流3.1.2DC／AC环节

　　DC／AC变换器的主电路为由4个MOS管构成的单相桥式逆变电路，将360V的直流电压转换成220V／50Hz的交流电压。

SPWM调制又分为非倍频和倍频两种方式，本文采用倍频单极性SPWM调制的逆变器，这种方式可以在不改变开关管工作频率的情况下，通过对门极脉冲控制，使得输出波形中最低次谐波频率是开关频率的2倍，从而可以减小滤波器的容量和体积。

单相单檄性倍频调制驱动信号的产生可以有两种方法，一种是用频率与幅值均相同，但相位却相反的两个正弦波和频率为fc的三角载波交截，另一种是用频率与幅值均相同，但相位却相反的两个频率为fc的三角载波与一个正弦波交截，其结果均产生两组PWM驱动信号，分别控制单相逆变桥的两臂，逆变输出波形的等效载波频率为2fc，本文采用的是前一技术方案。

3.2电源的控制结构

DC／DC环节由电流控制型脉宽调制器芯片UC3846控制。

该芯片支持一个双环控制结构，可以实现输出电压调节、逐脉冲的电流限幅、对称性校正和多电源模块的并联等功能。

DC／DC环节由UC3846外部RC元件设置工作频率为50kHz。

本设计中测量DC／DC环节的输出电压VDC2以形成电压外环，同时还将电流互感器套在变压器T的输入母线上测量流过主开关管的电流以形成电流内环，通过UC3846形成双闭环结构调节tout，以维持VDC2的稳定。

UC3846通过其外接元件可方便地设定DC／DC环节高压侧输出电压和低压侧的电流限幅值。

MOTOROLA公司的56F801为一种16位数字信号控制器（DSC）芯片，它将数字信号处理器（DSP）和微控制器丰富而灵活的外设集成在一个芯片中，可并行操作的3个执行单元在一个指令周期中执行6个操作，为多种应用提供廉价的解决技术方案。

它的一个突出特点是提供PWM和ADC模块，支持多电机或多相控制。

56F801的PWM模块生成SPWM信号方便简洁，无需占用定时器资源。

本设计中该芯片产生DC／AC环节巾S3~S6的PWM驱动信号，同时对装置进行监测，履行测量和控制的任务。

3.3SPWM脉宽调制波的产生倍频SPWM的实现是通过56F801的PWM模块来完成的。

该模块具有6个PWM引脚，可支持3对具有插入死区的互补PWM信号输出。

单相DC/AC环节的设计中利用了3对互补PWM信号中的两对来驱动S3～S6。

其设计要点可简述知下。

设置控制寄存器PMCTL和配置寄存器PMCFG，设置预分频因子为l和脉宽发生为中心对齐方式。

若设置三角载波信号频率为9.6kHz，则在IPBus时钟为40MHz且预分频因子为l的情况下，PWM模块中寄存器PWMCM存储的模数（modulus）值为[PWMCM]=40M／9．6k／2=2084。

为防止一个桥臂上的两个管子直通，通过设置脉冲死区寄存器PMDFADTM设置2μs的死区时间。

　　PWMCM的赋值决定了脉冲的周期，而PWMVAL中的值则代表了脉宽，它们共同控制15位计数器PWMCNT形成PWM波形。

为了产生SPWM驱动信号，必须在每个周期产生中断并在中断服务中对PWMVAL中的值加以刷新。

通过对一个存储于随机存取存储器中的脉宽表的检索获取本周期的脉宽并对PWMVAL赋值。

对PWMVAL逐周期查表赋值的过程称为周期参数重载。

参数重载的频率由PWM模块的频率和预分频因子，以及载波的频率来共同决定。

4．主电路的参数设定与计算

蓄电池额定电压VDC1=24V。

DC/DC环节的输出电压VDC2。

副边匝数N2=100。

原边匝数N1=10。

占空比D=1.5。

DC/DC环节中的直流电压关系由式

（1）描述

由

（1）式得VDC2=360V

电源输出额定交流电压UN=220V

电源输出额定频率fn=50HZ

5.课程设计归纳总结

通过本次课程设计，对电力电子技术的知识有了更加具体，更加深入的的理解和直观的认识。

通过设计这个小功率移动逆变电源电路，并对其工作原理设计及输入输出值的设定与计算，将理论和实践联系在一起。

在设计过程中，需要应用到的数电，模电及电路原理等方面的知识，通过此次设计也让我将这些知识进行了复习。

而通过对参数进行设定和计算，提高了自身的计算能力和理解能力。

总之，通过课程设计，我有了很多收获。

不但让自己的知识结构更加合理，也让自己的知识面更加广泛。

通过此次课程设计，我认识到了自己的不足并作出了弥补，让自身得到了提高。

6．参考文献

[1]王兆安、刘进军主编，电力电子技术（第五版），北京：

机械工业出版社

[2]康华光主编，电子技术基础数字部分（第五版），北京：

高等教育出版社

[3]林渭勋主编，现代电力电子技术，北京：

机械工业出版社，2006

[4]陈伯时主编，电力拖动自动控制系统，北京：

机械工业出版社，2005

[5]尹克宁主编，电力工程，北京：

中国电力出版社，2008

[6]邵丙衡主编，电力电子技术，北京：

中国铁道出版社，1997

[7]赵良炳主编，现代电力电子技术基础，北京：

清华大学出版社，1995