单相正弦波变频电源的设计hxj

单相正弦波变频电源的设计

摘要：介绍由单片机和SA4828研制的单相变频电源。提出了用高精度三相可编程PWM集成芯片SA4828与89C52单片机控制技术相结合的单相变频电源的设计方案。给出了系统总体构成和主电路设计，介绍了SPWM产生器SA4828和工作原理，SA4828全数字操作、工作方式灵活、频率范围宽、精度高功能强，可实现系统的智能化设计。文中详细介绍了采用单片机AT89C52和SPWM产生器SA4828组成系统控制器的软硬件设计。利用专用集成电路SA 4828 设计变频器, 可以大大简化硬件电路的设计和软件编程。它以SA4828作为SPWM信号发生器, 经过驱动电路控制IPM模块, 产生三相变频电源。配以单片机、键盘、L ED 显示器及转速编码器, 构成闭环调速系统。实验表明，由SA4828为控制芯片的变频电源结构简单、输出波形好、性能稳定可靠，适合于中、小功率的应用场合。 关键词：正弦脉宽调制（SPWM）；SA4828；逆变电源；单片机

Design of Single-phase sine wave variable frequency power source

Abstract：The Single-phase sine wave variable frequency power source based on MCU AT89C52 and SPWM generator IC SA4828 is introduced in this paper. The design proposal of Single-phase sine wave variable frequency power source was proposed using the MCU 89C52 control technology unified with high accuracy three-phase programmable PWM integrated chip SA4828. The system construction and main circuit design of variable frequency power are given,the function feature and operation principle of SPWM generation IC SA8282 is described.The hardware and software design of controller by using AT89C52 and SA8282 is discussed in detail in this paper. Making use of the special IC SA 4828 to design an inverter can greatly simplify both the hardw are and softw are. The SA4828 used as SPWM signal generato r cont ro ls the IPM via driver circuits to produce variable frequency power supply. The speed adjusting system consist ing of SCC, KB, LED display and speed coder is tested and excellent performance is achieved.Experimental results shown the output voltage waveform is quite good,the performance meets the demand. Keywords：SPWM; SA4828; inverter; MCU 目 录

1 前言 ........................................................................................................................... 1

1.1变频电源应用背景及领域............................................................................... 1 1.2变频电源的研究现状及发展趋势................................................................... 2 2 变频电源基本原理 ................................................................................................... 3

2.1 SPWM 的原理 ................................................................................................. 3 2.2变频电源系统结构简要介绍........................................................................... 6 3 AT89C52单片机介绍................................................................................................ 8 4 SA4828介绍 ............................................................................................................ 11 5 变频电源硬件电路设计 ......................................................................................... 12

5.1变换电路选择................................................................................................. 12 5.2主电路设计..................................................................................................... 12 5.3 SPWM逆变器的设计 .................................................................................... 13 5.4控制电路设计................................................................................................. 15 5.5 IGBT驱动电路设

计 ...................................................................................... 16 5.6 电压、电流、频率测量电路........................................................................ 16 5.6键盘、显示电路............................................................................................. 18 6 软件设计 ................................................................................................................. 22 7 抗干扰措施 ............................................................................................................. 23 结束语 ......................................................................................................................... 24 [参考文献] ................................................................................................................... 25 致 谢 ......................................................................................................................... 26

1 前言

目前，变频电源大多采用正弦脉宽调制，即所谓SPWM技术。其控制电路大多采用模拟方法实现，电路比较复杂，有温漂现象，影响精度，限制了系统的性能，以80C196MC或TMS320F240为核心组成的控制电路，能实现电源的全数字化控制，但系统较复杂，软件工作量大，研制周期长。而MITEL公司生产的增强型SPWM波产生器SA4828，可与单片机连接，完成外围控制功能，使系统智能化。单片机只用很少的时间去控制它，因而有能力进行整个系统的检测、保护、控制、显示等。基于上述原因，控制电路采用SA4828和AT89C52。同时为消除输出滤波电感的噪音，将变压器和电感集成在一起，利用输出变压器的漏感与电容组成LC低通滤波器，不但消除了输出滤波电感产生的噪音，而且简化了主电路设计。 1.1变频电源应用背景及领域 变频电源的应用背景，是基于世界各国电网标准的不一致，大多数有关出口电器产品的厂商需要电源模拟不同国家的电网，为工程师设计开发、生产线测试及品保的产品检测、寿命、过高压/低压模拟测试等服务，这就需要设备电源能够提供纯净可靠的、低谐波失真、高稳定的频率和稳压率的正弦波电力输出；而进口某些电器设备的也需要对产品适用于我国电网标准进行变压、变频等实验，品质检测等工作，进而依此保证进口的有关电器设备的正常工作。

变频电源广泛适用于家电制造业、电机、电子制造业、IT产业、电脑设备、实验室等设备场所。

家电业制造商如：空调设备、咖啡机、洗衣机、榨汁机、微波炉、收录音机、冰箱、DVD、洗尘器、电动剃须刀等产品的测试电源。

电机、电子业制造商如：交换式电源供应器、变压器、电子安定器、AC风扇、不断电系统、充电器、继电器、压缩机、马达、被动元件等产品的测试电源。 IT产业及电脑设备制造商如：传真机、影印机、碎纸机、印表机、扫描器、烧录机、伺服器、显示器等产品的测试电源。

实验室及测试单位如：交流电源测试、产品寿命及安全测试、电磁相容测试、OQC（FQC）测试、产品测试及研发、研究单位最佳交流电源。

航空/军事单位如：机场地面设施、船舶、航天、军事研究所等的测试电源 1.2变频电源的研究现状及发展趋势 理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波（无失真）。变频电源十分接近于理想交流电源，因此，先进发达国家越来越多地将变频电源用作标准供电电源，以便为用电器提供最优良的供电环境，便于客观考核用电器的技术性能。

当今国际上先进的变频电源是采用IGBT逆变输出技术，用先进微处理器控制设计而成的高性能精密电源，它具有过流、短路、过压、欠压、过载等保护及报警故障显示功能，确保用电设备及变频电源安全。具有负载适应性强，输出波形品质好，良好的人机界面，操作简单，体积小，重量轻等特点。正弦波输出，可调输出电压及频率的变频电源为用电设备提供了所需要的交流电。

变频电源是运动控制系统中的功率变换器。当今的运动控制系统包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频电源而得到迅猛发展。随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而厂家仍然在不断地提高可靠性实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力[1]。 2 变频电源基本原理 2.1 SPWM 的原理

PWM （Pulse Width Modulation）脉宽调制是利用相当于基波分量的信号波对三角载波进行调制，达到调节输出脉冲宽度的一种方法[2]。控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得过需要的波形（含波形和幅值）。 如图1所示，每个脉冲宽度为1 t ，相邻脉冲的间隔为2 t ， 1 t + 2 t =Tz （脉冲波周期）。则等宽脉冲的占空：

??t1 t1?t2? 调节占空比α ，就可以调节输出的平均电压；调节PWM波的频率1/Tz ，就可以改变电源频率，实现调速。通过控制电路，很容易实现对脉冲波的占空比和PWM频率分别进行调整。但是虽然实现了变频和变压，可是逆变电路输出的电压波形仍然是一组矩形波，而不是正弦波，存在许多高次谐波的成分。其中一种方法是将等宽的脉冲波变成宽度渐变的脉冲波，其宽度变化规律应符合正弦变化规律，如图2所示。通常把这种波称为正弦脉宽调制波，简称SPWM波。SPWM的谐波成分大大减少，可以得到基本满意的驱动效果。

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