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学校编号:HIT-E-47(有附件)
学校名称:哈尔滨工业大学
制动减速度队员姓名: 梁爽 郑殿臣 发泄壶江小龙
赛点负责人:
教务处章:
灭火器结构图
2008年8月17日
摘 要
本设计分为: 整流滤波电路、逆变电路及其驱动、SPWM正弦波信号的生成、取样反馈电路和充电电路。采用整流桥再经RC滤波实现AC-DC转换。选择电源变换专用芯片dsPIC30F2010 生成SPWM信号。逆变电路主回路采用单相全桥电路和双极性控制。取样电路采用电压互感器再经滤波后将取样信号送入DSP进行反馈控制。采用电压比较器及三极管搭接的电路实现对充电过程的控制。 关键词：SPWM，单相全桥，PI控制
一、设计任务
1、任务
设计并制作输出电压为24VAC在线式不间断电源。
2、要求
2.1 基本要求
⑴在交流供电U1高浓除砂器=36VAC和直流供电U3=36VDC两种情况下，保证输出电压U2=24VAC，
且保证其频率为50±1Hz，额定输出功率80W；
⑵切断交流电源后，在输出满载情况下工作时间不少于2分钟；
⑶交流供电时，电源达到以下要求：sofa燃烧器
a.电压调整率：满载条件下，U1从29VAC增加至43VAC，U2变化不超过5%；
b.负载调整率：U1=36VAC、U2=24VAC，从空载到满载，U2变化不超过5%；
⑷直流供电时，满载条件下，效率不低于65%（）；
⑸具有输出短路保护功能。
2.2 发挥部分
⑴交流供电时，将电压调整率和电压调整率提高至2%，条件同基本部分；
⑵直流供电时，在满载条件下，将效率提高至80%；
⑶满载条件下，输出正弦波失真度不大于5%；
⑷具有给蓄电池充电功能，充电电流不小于0.1A，充电电路对蓄电池不能过充；
⑸具有欠压保护功能：当蓄电池的放电电压≤29V时整机自动保护停止工作；
⑹交通事故现场图绘制其他。
1、电源逆变方案
根据题目的要求将交流电经整流后，经过逆变从而产生单相正弦波电源。而实现单相正弦波电源的关键在于逆变过程。对于小功率逆变电路一般都采用PWM技术，为了实现正弦波交流电源，本设计采用了SPWM技术。SPWM波形分为单极性和双极性两种，鉴于单极性波形实现比较复杂，故采用双极性SPWM。实现双极性SPWM有以下几种方案：
方案一： 采用规则采样法。规则采样法一般采用三角波作为载波。其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而
实现SPWM法。
方案二： 采用自然采样法。以正弦波为调制波，等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法。其优点是所得SPWM波形最接近正弦波。
方案三： 采用自然采样法，但采用计算的方法求得载波与调制波的自然交点时刻，而是由软件形成一个正弦表，通过软件查表的方法来比较载波与调制波的大小，进而控制脉宽来生成SPWM波。这种方法同样具有自然采样法生成SPWM波形接近正弦波的优点，同时不需要大量的计算。
方案的选择：方案一是一个较通用的方案，方案二由于计算繁琐，不适用于实时控制。而方案三既具有接近正弦波的优点又避免了大量的运算。同时对于现在的控制器来说，软件生成一个较大的正弦表是可以做到的，譬如使用MATLAB软件。故本设计采用方案三。本方案得到的输出SPWM波形如图2-1所示：
图2-1 SPWM波形
2、电压采样方案
方案一：基于采样保持专用芯片LF398的峰值采样保持电路。LF398的输出电压Vout与输入电压Vin通过比较器LM311进行比较，当输入电压Vin高于输出电压Vout时，LF398的逻辑控制端被置成高电平，使LF398处于采样状态。当输入电压Vin达到峰值而下降时，LF398的逻辑控制端被置成低电平，使LF398处于保持状态，从而实现了对“峰”值的保持。再通过DSP的取样即可实现反馈控制。
方案二：基于绝对值电路的峰值采样。此方案的硬件部分是一个绝对值电路，峰值采样功能有软件部分实现。将采集到的峰值与预设的24V进行比较，并对其PI调节，使电压达到稳定的效果。
方案三：基于电压互感器的实时采样电路。将输出负载两端电压通过互感器与主电路隔离，然后将互感器输出电压经过整流器，再经分压后得到与负载电压幅值对应的直流电压，将其送入DSP中的AD转换接口，通过其内部的软件编程实现对电压反馈控制。其框图如图2-3：
图2-2 电压采样电路框图
方案选择：方案一采用专用采样保持芯片，采样精确，但其采集到的峰值经过半个周期后在能的到第二个峰值，具有很强的延迟效应，使得反馈调节不够准确，并且外围电路比较复杂，需要-15V电压，实现起来并不容易；方案二硬件软件部分都比较容易实现，但输出
经LC滤波后，并不能将各次谐波一一消除，使得比较出来的峰值误差很大；方案三电路简单，器件较少，成本低，软件部分也不需要单片机对其进行复杂的计算，效率较高，并且通过对以上三种方案进行实验比较，发现方案三可以实现很好的反馈稳定精度，故选择方三。
3、系统方案框图
总体系统框图如下图所示（图2-3）
图2-3 系统框图
三、分析与计算
3.1器件选择
3.1.1控制器的选择
由于交流电源需由控制器完成SPWM控制，需要大量的计算，普通单片机难以胜任，故我们在设计中选择DSP作为控制器。我们选择30F2010，它是电机控制与电源转换专用芯片，其内置PWM发生器等资源非常适合题目需要。
3.1.2逆变器件的选择
逆变电路最终采用功率管IRFP260构成全桥逆变电路。在初始阶段，我们采用的是IRF640功率管，耐压值为200V，最大耐流值为11A，但由于其管压降过高，实验测得为0.8V，从而导致损耗过大，输出电压无法达到要求，故选用管压降相对较低的IRFP260功率管，实验测得管压降只有0.2V。
3.1.3 驱动芯片的选择
按照传统的逆变器驱动电路的设计，器件的开关动作需要靠独立的驱动电路来实现，并
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