基于SPWM的交流稳压电源设计方案

最新更新时间:2014-08-09来源: 互联网关键字:SPWM  交流稳压  电源设计 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  随着现代科学技术的进步,对供电质量越来越提出新的高要求,像手机基站、精密仪器、精密加工设备、雷达系统等对供电的质量提出了更高的要求,比如白炽灯输出电压改变约0.3%就会引起人们的不适感觉,而且带微处理器控制器和电力电子装置的负载设备越来越多,这些设备对许多类型的电能质量扰动都很敏感。传统的稳压器因为其自身的缺点己经不能够满足现在的技术要求。

  由于电力电子技术的快速发展,MOSFET 等大功率开关器件的成熟应用,逆变器技术以及PWM 技术都得到了极广泛的应用。单片机等为控制提供了手段和方法,目前对交流电源所作的种种研究都为本课题打下了基础。

  本设计交流稳压电源的基本要求是:输入电压为交流24V;输出电压为交流36V;要求输出有200mA的电流。本文基于逆变技术及PWM技术,采用SPWM控制方式从单片机最小系统设计、整流及电源电路、DC-DC 升压电路、SPWM 转换电路、H 桥驱动电路等几个方面出发,设计了交流稳压电源的各个部分内容,同时通过电压、频率采样电路、A/D 转换电路、数码管显示电路等几个方面的设计增加了系统的电压、频率显示功能。设计了单片机及其外围电路,并结合一套合理的程序算法,给出了一套交流稳压电源软硬件解决方案。

  1 SPWM 控制的基本原理

  SPWM 法是一种比较成熟的、目前使用较广泛的PWM 法。SPWM 就是以采样控制理论中的冲量等效原理为理论依据的(冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同)。用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

  在采样控制理论中有一个重要的结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上,其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同指环节的输出响应波形基本相同。如把各输出波形用傅氏变换分析,则其低频特性非常接近,仅在高频段略有差异。这一结论是PWM控制的重要理论基础。如图1(a)所示,将正弦半波看成由N 个彼此相联的脉冲组成的波形。这些脉冲宽度相等,但幅度不等,且脉冲的顶部为曲线,各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果将上述脉冲序列用同样数量的等幅不等宽的矩形脉冲序列代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等,就得到图1(b)所示的脉冲序列。像这种脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的波形即为SPWM波形。

  

  图 1 PWM控制的基本原理图

  得到 SPWM的具体实现方法可以是用一个正弦调制波和一个等腰三角载波相交,由它们的交点确定逆变器的开关模式。如图2 所示,正弦波大于三角波时,使相应的开关器件导通;当正弦波小于三角载波时,使相应的开关器件截止。

  

  图 2 SPWM控制的基本原理图

  2 系统的总体设计

  本设计包括单片机最小系统、整流及电源电路、DC-DC 升压电路、SPWM 转换电路、H 桥逆变电路等几个模块,由于系统需要完成输出电压和频率的检测和显示,因此需要设计电压、频率采样电路、A/D 转换电路、数码管显示电路等。系统的总体设计框图如图3 所示。

  

  图 3 系统总体设计框图

  图 3 中,24V整流电路将系统输入的24V交流电整流成直流,并送到DC-DC升压电路升压到51V(36V AC 的峰值)作为H 桥逆变电路的电源。SPWM 波形由单片机软件产生,单片机还要输出标志SPWM 正负半周的极性信号送给SPWM 转换电路,SPWM 转换电路接收单片机送来的SPWM 波形信号和正负半周极性信号。将两个信号组合、处理、驱动H桥逆变电路。51V 的直流经过H 桥逆变电路逆变和输出滤波后输出稳定的交流36V。

  系统的电压、频率显示功能需要分别通过电压采样和频率采样电路采样。其中电压采样取斩波前的峰值电压经过A/D 转换电路转换成数字量。A/D 转换电路由单片机控制,单片机根据采集的数据计算得出输出电压的有效值。频率采样电路将系统输出的电压正弦波形转换成方波,并送入单片机。单片机根据两次上升沿的时间差,计算出波形的频率。采集的电压和频率信号都要通过数码管显示电路显示。

  3 系统的硬件设计

  3.1 PWM 控制芯片SG3525 介绍

  系统采用 SG3525 来实现SPWM 控制信号的输出,该芯片其引脚及内部框图如图4:

  

  图 4 SG3525 引脚和内部结构图

  直流电源s V 从脚15 接入后分两路,一路加到或非门;另一路送到基准电压稳压器的输入端,产生稳定的+5V 基准电压。+5V 再送到内部(或外部)电路的其它元器件作为电源。振荡器脚5 须外接电容T G 脚6 须外接电阻RT。振荡器频率f 由外接电阻 RT 和电容 CT 决定, f = 1.18/RT CT 。可以根据厂家的一个图查出。如图5:

  

  图5 SG3525 工作频率确定曲线

  3.2 系统原理图

  本系统设计的交流稳压电源的原理图如图6 所示,原理图中包括了单片机最小系统设计、DC-DC升压电路、SPWM转换电路、H 桥驱动电路及频率的采样和显示电路。

  

  图 6 系统原理图

  4 系统的软件设计

  4.1系统的软件总体流程。

  系统的SPWM 波形的产生通过定时/计数器T0 中断服务程序来完成。其他功能的实现要通过主程序来完成。系统的主程序部分的总体流程如图7 所示。

  

  图 7 系统的软件总体流程

  4.2 SPWM 波形的软件算法

  本设计采用定时/计数器0 来完成SPWM 波形的产生,工作模式设定为模式1。软件流程图如图8所示。

  

  图 8 软件产生SPWM波形程序流程

  5 结语

  本文采用 52 单片机及SG3525PWM 控制芯片等设计除了一款交流稳压电源,功能包括24V 电压输入,36V 电压稳定输出,输出电流为200mA,同时实现了电压及频率的显示功能,并给出了各种功能的实现电路。该电源在实际工作中性能稳定,安全可靠,在实际应用中得到检验。

关键字:SPWM  交流稳压  电源设计 编辑:探路者 引用地址:基于SPWM的交流稳压电源设计方案

上一篇:交流稳压电源损耗与节能的设计
下一篇:基于逆变电源设计的两种双环瞬时反馈控制方式

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:44

采用ARM Cortex-M3单片机和DSP的逆变电源设计
  引 言   在电气智能化发展无处不在的今天, 无数用电场合离不开逆变电源系统( Inverted Pow er Supply System,IPS) 为现场设备提供稳定的高质量电源, 特别在如通信机房、服务器工作站、交通枢纽调度中心、医院、电力、工矿企业等对电源保障有苛刻要求的场合。许多IPS产品因遵循传统设计而不符合或落后于现代电源理念,突出表现为控制模块的单一复杂化, 控制器芯片落后且控制任务繁重, 模拟闭环控制而得不到理想的监控和反馈调节效果,并由此带来单个控制设备软硬件设计上的隐患, 这对IPS 电源输出造成不利影响, 甚至对用电设备因为供电故障而导致灾难性后果。数字化控制技术日趋成熟,而且在某些领先理念的电源设备控
[嵌入式]
采用ARM Cortex-M3单片机和DSP的逆变<font color='red'>电源设计</font>
电源设计,自己掌控
作者:Bonnie C. Baker, 德州仪器 (TI) 电源设计过程是一项极为艰难的工作,从对复杂电路的理解到寻求芯片经销商的帮助,没有一件是轻松容易的事情。这篇文章将告诉您如何利用现有工具快速地设计出您自己的电源,无需求助于芯片制造厂商—也无需向谁请教。利用现有的一些软件和硬件工具,完成这项具有挑战性的工作已不再像以前那么困难了。您的电源电路设计现在已经在您的手里了。 比如,我们现在就从设计一个降压 DC/DC 电路开始。这种电路的典型例子便是使用 TPS54331,它是一款 Eco-mode™ 的 3A、28V 输入、降压 Swift™ DC/DC 转换器。这种转换器是一个集成了低 RDS(on) 高端 MOSFET 的
[电源管理]
<font color='red'>电源设计</font>,自己掌控
2188F纯平彩电开关电源设计电路图
前10 年的彩电以三洋公司研发的A3电源居多,以分立元件为主,但目前的彩电是一块IC 加一个开关管的形式,或直接就是一块IC 厚膜的形式。   图3是2007 年TCL 公司推出的2188F纯平彩电的电源部分,用了一个IC :      图3   TDA16846 加一个开关管:场效应管BUZ91A 的形式,整个电路结构显得比较简单,这电路没用光电耦合器做反馈。   彩电一般的开关电源是由振荡电路、稳压电路和保护电路三大部分组成。   1、振荡电路:开关电源振荡电路分为晶体管振荡电路和集成块振荡电路,如STR-S??系列IC,TEA2104、TDA4601、TDA4605、TDA2261、TD
[电源管理]
2188F纯平彩电开关<font color='red'>电源设计</font>电路图
基于DSP 56F801的正弦波输出DC/AC电源设计方案
目前,小功率DC/AC电源在UPS以及可再生能源领域(如光伏户用电源)得到了广泛的应用。该类电源的功能是将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DSP 56F801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。 1 主电路工作
[嵌入式]
基于DSP 56F801的正弦波输出DC/AC<font color='red'>电源设计</font>方案
基于UC3901的磁隔离高压电源设计
介绍了隔离反馈式发生器UC3901的特点,给出了采用UC3901设计磁隔离反馈高压 电源 的设计方法,其中主 电路 采用推挽变换倍压整流参数设计,并对设计结果进行了验证。 关键词:UC390l;磁隔离反馈;高压电源 O 引言 为了提高高压电源系统的可靠性,减小高压电路对低压电路的影响,高压与低压电路应当相互隔离。常用的隔离方法是:功率主电路采用变压器隔离,反馈 控制 电路采用光耦隔离。这样的隔离设计方法简单可靠,应用范围广。但在高可靠的应用场合(如抗辐照)或隔离要求较高(如2500 V以上)的场合,光耦隔离就显得力不从心了,这时的磁反馈隔离是一种比较合适的 控制 电路隔离方法,本文将介绍采用UC3901控制芯片的
[电源管理]
提高空调能效水平的新型电源设计
随着近期世界石油价格的飙升,能源消耗成本开始成为倍受关注的问题。平均而言,建筑物占到二氧化碳排放总量的40%,根据能源之星的研究数据,住宅中50%的能源都消耗于供暖和冷却系统。   在许多国家,能源需求高峰一般出现在夏季,而不是冬季,这是由于人们会在夏季大量使用空调。在美国,这种情况早已司空见惯,而在日本、欧洲以及印度和中国等发展中国家,空调的使用也越来越普及。事实上,在中国,空调的使用量在过去5年中已经增加了4倍,从每百户8台增至每百户31台。   从全世界的范围来看,空调对能源消耗总量的影响是非常巨大的,因为每年都会在原来的基数上新增3500万台空调。在此情形下,许多国家纷纷出台了新的法规,旨在提高空调和热泵
[电源管理]
提高空调能效水平的新型<font color='red'>电源设计</font>
SPWM稳频稳压逆变电源
摘要:介绍了SPWM稳频稳压逆变电源的设计方案,重点分析了其测量系统,该电源设备通过取样电机实际响应电压Vpwm,解决了SPWM脉宽调制式变频器与电机的匹配问题。 关键词:逆变器;负载匹配;稳频稳压;测量系统 引言 近年来,变频器与变频电机组成的拖动系统在生产中发挥着重要的作用。然而在使用中经常发现变频器与变频电机不能很好地匹配,这个问题严重困扰着变频器及变频电机的生产厂家。因此有必要研发SPWM稳频稳压电源,使电源频率可调范围为0~500Hz,电压可调范围为0~420V(基波)。且能显示电机实际响应的SPWM波的电压(Vpwm)、电流、频率和功率等。这样,变频器的生产厂家就可以该电源为标准,测量出与之配套的变频电机真实使用
[应用]
多功能随身移动电源设计方案
  本文设计了一种多功能、高效、低功耗、安全的随身移动电源,以满足户外需求,将有很大的实用价值。   本文论述的电路系统设计由五部分组成:锂芯容量指示电路、电芯保护电路、充电管理电路、DC-DC升压电路和功能扩展电路。   多功能随身电源的系统设计   锂芯容量指示电路由XC61CC系列的电压监控芯片组成。电芯保护电路由过充保护、过放保护、过温保护三部分组成,HAT2027、R5402、自恢复保险丝构建了三重保护,使锂芯安全性大大增强。充电管理电路采用了CN3066,将充电过程分为涓流充电、恒流充电、恒压充电和维护充电四个部分,使移动随身电源能够最大程度地储备能量。DC-DC升压电路采用了MAX1771集成芯片,可将锂
[电源管理]
多功能随身移动<font color='red'>电源设计</font>方案
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved