单相正弦波变频电源的设计

单相正弦波变频电源的设计内容摘要：

sh只读程序存储器和 2568位的随机存取数据存储器（ RAM）， 3个 16位定时 /计数器、 6个中断源、低功耗空闲和掉电方式等特点。 器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51指令系统，片内置通用 8位中央处理器和 Flash存储单元，可以满足系统要求。 系统采用 5V电源电压，外接 12M晶振。 功能强大 AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 主要性能参数： 与 MCS51产品指令和引脚完全兼容 8k字节可充擦写 Flash闪速存储器 1000次擦写周期。 全静态操作： 0Hz—24MHz三级加密程序存储器 2568字节内部RAM， 32个可变成 I/O口线 ， 3个 16位定时计数器 ， 8个中断源 ， 可编程串行 UART通道 ， 低功耗空闲和掉电模式。 功能特性概述： AT89C52提供以下标准功能 ： 8k字节 Flash闪速存储器， 256字节内部 RAM，32个 I/O口线， 3个 16位定时 /计数器，一个 6向量两极中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时， AT89C52可降至 0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU的工作，但允许 RAM，定时器 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。 引脚功能： Vcc：电源电压 GND：地 P0口： P0口是一组 8位漏极开路型双向 I/O口，也 即地址 /数据总线复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8个 TTL逻辑门电路，对端口 P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 襄樊学院 wsb929 毕业设计（论文）报告 第 9 页 在 Flash编程时， P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1口： P1是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4个 TTL逻辑门电路。 对端口 P1写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平 ，此时可作输入 口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 与 AT89C51不同之处是， /计数器 2的外部技术输入（ ）和输入（ ）。 Flash编程和程序校验期间， P1接收低 8位地址。 P2口： P2是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4个 TTL逻辑门电路。 对端口 P2写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻， 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 在访问外部程序存储器或 16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR指令）时， P2口送出高 8位地址数据。 在访问 8位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX @RI指令）时， P2口输出 P2锁存器的内容。 Flash编程或校验时， P2亦接收高位地址和一些控制信号。 P3口： P3口是一组带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口。 P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4个 TTL逻辑门电路。 对 P3口写入 “1”时，他们被内部上拉电阻拉高可作为输入端口。 此时，被外部拉低的 P3口 将用上拉电阻输出电流。 P3口出了作为一般的 I/O线外，更重要的用途是它的第二功能，如下 ： 端口引脚 第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） （外中断 0） （外中断 1） T0（定时 /计数器 0） T1（定时 /计数器 1） （外部数据存储器写选通） 襄樊学院 wsb929 毕业设计（论文）报告 第 10 页 （外部数据存储器读选通） 此外， P3口还接收一些用于 Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位 输入。 当振荡器工作时， RST引脚出现两个周期以上高电平将使单片机复位。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 对于本次设计的引脚使用情况如下： P1口：控制 LED数码管 8位段码。 ， ， ， ：数码管位选通口。 XTAL：接晶振。 RST：接复位电路。 P0： ADC0809的结果输入； SA4828的控制字口。 ： SA4828的片选。 ： ADC0809的片选。 ：外部中断 0。 襄樊学院 wsb929 毕业设计（论文）报告 第 11 页 4 SA4828 介绍 SA4828是 MITEL公司专门为电机控制电路设计的三相 SPWM波产生器，也可用于静止逆变电源，它是 SA8282的增强型，具有全数字化操作，输出波形精度高；工作频率范围宽，输出电源频率可达 4kHZ，频率控制精度达 16位；工作方式灵活，配备微处理接口，其工作参数：载波频率、电源频率、输出幅值、死区等都可以通过微处理器很方便的写入，并且只需要在改变工作方式时才刷新。 此外，它还具备看门狗定时幅值独立可调等功能。 本系统取 SA4828的两相四路SPWM输出作为控制信号。 SA4828工作原理 [12]: 来自单片 机的数据通过总线控制和译码进入初始化寄存器或控制寄存器，它们对相控逻辑电路进行控制。 外部时钟输入经分频器分成设定的频率，并生成三角形载波，三角载被与片内 ROM中的调制波形进行比较，自动生成 SPWM输出脉冲。 通过脉冲删除电路，删去比较窄的脉冲，因为这样的脉冲不起任何作用，只会增加开关管的损耗。 通过脉冲延迟电路生成死区，保证任何桥臂上的两个开关管不会在状态转换期间短路。 襄樊学院 wsb929 毕业设计（论文）报告 第 12 页 5 变频电源硬件电路设计 220v、 50HZ交流电经整流滤波，变成直流电，通过逆变器将该直流电压转换为频率与负载 (或换能器 )谐振频率一致的交变电压。 系统硬件电路由主电路、控制驱动电路、保护电路和键盘显示电路组成。 其中逆变器是用来实现 Dc— Ac 变换的电力电子装置。 其作用是通过半导体功率开关器件 (如 SCR， GTO， GTR， IGBT和功率 MOSFET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。 控制部分可通 AT89C52 单片机和 SA4828控制电压和频率的改变。 为了提高通用性，系统选用 AC— DC— AC变换电路． DC— AC变换采用AT89C52单片机控制 SA4828芯片直接输出 SPWM脉冲，从而使电路简单、可靠、控制方便、体积小．逆变主电路采用桥式电路，滤波后得到幅值和频率可调的交流电压稳定输出 [14]。 电源系统的主电路结构如图 5所示． 图 5 主电路 1)整流电路采用整流桥块，结构简单，可靠性高。 2)逆变电路选用 IGBT作为开关管组成桥式逆变电路。 3)输出滤波电路全桥逆变电路的输出为一系列高频脉冲，要想得到标准的正弦波，必须滤掉其高频成分， LC滤波电路的作用正是滤除高频，其参数由 LC滤波器的谐振频率和特征阻抗决定。 整流电路用单相桥进行整流，利用二极管 的单向导电性，将 220 V交流电压襄樊学院 wsb929 毕业设计（论文）报告 第 13 页 变成直流，给逆变器提供直流母线电压。 Dl为整流桥。 在整流电路中输出电压是脉动的，另外，在逆变部分产生的脉动电流和负载变化也使得直流电压产生脉动，为了将其中的交流成分尽可能的滤除掉，使之变成平滑的直流电，必须在其后加上一个低通滤波电路。 这里采用常用的电容滤波电路，在整流输出端并人大电容，整流输出直流电压含有很多偶次谐波，频率越高，电容容抗越小，分流作用越大，谐波被滤除的就越多，输出电压的平均值就越大。 由于在交流输入刚刚接通的一瞬间，输入 220 V交流电压经整流后直接给直流电 容充电，而此时电容的端电压为零，相当于短路状态，这样会造成很大的充电电流，导致熔断器和空气开关动作，甚至会损坏后级电路。 因此，必须对电容的充电电流进行限制。 在交流输入电路中串联一个合适的电阻，用以限制最大充电电流。 当控制电路检测到电容充电过程基本完毕后，与充电电阻并联的接触器触点闭合，电阻处于短路状态，系统开始正常工作。 Sl～ s4组成逆变器。 S1～ s4采用 IGBT功率模块，工作频率高、功率容量大。 逆变器工作时， IGBT开关根据负载 (或换能器 )的谐振频率进行切换， s s4和 s S3分别组成两组开关。 这两组 开关轮流导通，负载中的电流过零时开关切换。 当逆变器工作频率等于负载 (或换能器 )的谐振频率时，电路输出电压为方波，输出电流为正弦波。 电路中采用零电流开关模式。 其开关损耗极小， du／ dt及 di／ dt应力大为下降，与此相应的电磁干扰可以消除。 逆变器的输出接隔离变压器，为消除滤波电感的噪音，将变压器和电感集成在一起，再在变压器的次级并以适当的电容，利用输出变压器的漏感与电容组成 LC低通滤波器，从。