一種基于單片機的變頻電源設計

董嘉雪 辛平 程明

摘? ?要：電源正朝著高效率，高穩定度，高功率密度，低污染，模塊化發展。為了滿足輸出電壓和頻率可變的逆變電源的基本指標，調制方式上各種新穎的調制技術不斷涌現，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。本設計是基于SPWM逆變技術，將由單片機產生的SPWM波輸出作為絕緣柵雙極晶閘管的驅動信號，最后通過低通濾波，從而在輸出端得到一個無失真的正弦信號波形。本文設計了一種交流電力頻率轉換器（AFC），提高交直流轉換器與無功功率控制，其超前相位補償原理是導致減少當前控制回路的給定線頻率帶寬的要求。由于這些特性，可使用相對減緩轉換功率等設備，因此它可以用于高電平交流線頻率。

關鍵詞：變頻電源? IGBT? SPWM調制? 單片機

中圖分類號：TM91? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）05（b）-0058-02

國內的變頻電源有程控型和模擬型，二者均采取SPWM技術，SPWM電路均是在一定條件下選取硬件實現及全控橋逆變電路搭建而成;而異同點是程控型實則是模、數混合系統人機對話，此混合模式能更加利于把數據傳送與上位機微機，但當編寫程序不當，或不合理的工藝布局，都相對其他易于產生機體死機并復位現象。而模擬型則全是由硬件匹配實現的，是由控制以及調制電壓，頻率的旋鈕設置產生。從國內市場來看除了上述兩種外，還有一種是在一定條件下選取線性放大技術，并且此類電源市場占有率相比較而言較小，且功率只能輸出為幾千瓦。隨著世界新興技術迅速的發展，電源技術等很多學科領域都緊密相連。在現代通信，電子儀器，計算機，工業自動化，電力工程，國防以及某些的高新技術中發揮著相對于而言更加重要的作用。現如今大多數的高新技術同電源的電壓，電流，頻率，相角以等參數控制及變換緊密相連，由此電源技術的實現，對于控制以及高效率的處理形式的參數來說更加精確，特別是在電能頻率轉換過程中實現大功率，故為多項的創新型技術提供更為廣闊的前景。

1? 系統組成及單元電路設計

變頻器電源的系統結構原理圖，如圖1所示。主電路通入20V的電源，絕緣柵雙極晶閘管驅動電路通入15V電源，此時PWM發生器接入9V電源后，輸出的電壓途經低通濾波，由直流母線側能得到相對穩定的直流電壓值。再由PWM發生電路中，通過調節滑動電阻器，使其電壓可調，通過調節步長的增量，可調節頻率的大小后，輸出的直流電壓，途經直交流的逆變后，再由絕緣柵雙極晶閘管的驅動與保護電路所送出的信號輸出，在途經一級小容量相對較小的濾波網絡后，即可在輸出端用示波器測得，相對而言理想的正弦波。且在電壓采集的數碼管中，輸出電壓值。

在PWM發生電路中以MCS51單片機為主體的逆變電路，途經絕緣柵雙極晶閘管所獲取的驅動信號，以及直流母線側的電壓采樣采用STC2052AD單片機編程，同一時間加以監測并顯示直流母線側電壓值，使整個系統更加方便用戶的操作。

1.1 驅動與保護電路設計

本設計由15V的電源控制供電的電路，驅動的信號SPWM正弦波由（2）輸入。將單片機的輸出脈沖功率放大以此為驅動電路的作用，以驅使絕緣柵雙極晶閘管，保證絕緣柵雙極晶閘管穩定工作。絕緣柵雙極晶閘管的驅動保護電路，如圖2所示。

1.2 STC89C51單片機軟件流程

SPWM的產生是用 STC89C51單片機編程之后途經DAC0832D/A轉換集成芯片，Im358放大電路以及穩壓電路實現，根據SPWM每等份面積不同，在重新加載時給與不同的定時時間，從而實現按正弦規律變化的SPWM輸出再由DAC0832模數轉化，途經Im358放大電路，穩壓電源之后輸出SPWM波。軟件流程圖，如圖3所示。

2? 測試結果

本設計是基于基于絕緣柵雙極晶閘管的變頻電源，其以PWM脈沖發生裝置及絕緣柵雙極晶閘管的驅動電路為主要設計部分。因為在測試時還需要15V直流電源、20V直流電源、信號接地以及電源接地。當波形發生器的頻率分別為1k，100k時，經低通濾波器，驅動電路放大，以及電壓采集信號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。

脈沖發生裝置產生的脈沖為矩形波，并且占空比可調，符合預期的要求。對驅動電路的測試可以看出整個過程中絕緣柵雙極晶閘管的工作正常，并且脈沖信號可以控制絕緣柵雙極晶閘管的關斷。進一步說明了本設計的成功性。

3? 結語

本文綜合了電力電子技術、半導體技術微機控制技術等多項基礎理論技術，設計了一款能利用單片機實現對脈沖的占空比可調的智能控制開關電源。通過鍵盤預置電壓控制單片機，進行脈寬調制，使輸出電壓在大范圍內可調。與傳統線性電源相比，這種電源的效率更高，同時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用，不僅提高了系統的可靠性，還使電源有更好的操作性，并且更容易升級。

參考文獻

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