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          基于PIC單片機(jī)的智能化逆變電源控制系統(tǒng)

          作者: 時間:2013-10-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要:針對現(xiàn)代電源變頻調(diào)幅的要求,提出了利用16F873產(chǎn)生SPWM波控制IR2136觸發(fā)IGBT產(chǎn)生PWM波作用于逆變器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形,從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)幅。同時利用AD模塊對逆變橋輸出進(jìn)行采樣并進(jìn)行濾波處理,實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的PI閉環(huán)控制。通過MATLAB中的SIMULINK組件進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明此方案輸出電壓動態(tài)響應(yīng)速度快,具有良好的精度控制及實(shí)時性、波形失真小、可靠性高。

            隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,電源質(zhì)量越來越成為各種電氣設(shè)備正常和良好工作的基礎(chǔ)。電源技術(shù)領(lǐng)域的一個持續(xù)的研究課題即是研究作為電子信息產(chǎn)業(yè)命脈的電源的可靠性和穩(wěn)定性。

            而逆變器作為電源的核心部分,其調(diào)制技術(shù)很大程度上決定了電源輸出電壓的質(zhì)量。目前最常用的調(diào)制技術(shù)是正弦脈寬調(diào)制(SPWM)。隨著的出現(xiàn)及其廣泛應(yīng)用,智能化控制方法已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)的分立元件電路產(chǎn)生方法或是專用芯片產(chǎn)生方法。智能化的優(yōu)勢在于它不僅能實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號的輸出,還為系統(tǒng)數(shù)據(jù)參數(shù)的監(jiān)控、處理及顯示提供接口。同時它與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)更好地結(jié)合產(chǎn)生了故障自診斷和自我保護(hù)功能,可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

            在充分考慮工業(yè)控制成本及穩(wěn)定性要求的前提下,本設(shè)計(jì)采用作為控制核心,再輔助相關(guān)外部電路,組成一個具有穩(wěn)定和智能化等優(yōu)點(diǎn)的。

            一、具體電路設(shè)計(jì)

            單相橋式逆變電路如圖1所示。[1]電路正常工作情況下,兩對開關(guān)管需要兩組相位相反的驅(qū)動脈沖分別控制,使VT1、VT4同時通斷和VT2、VT3同時通斷。輸入直流電壓為220VAC,逆變器的負(fù)載為R.當(dāng)開關(guān)VT1、VT4接通,VT2、VT3 斷開時時,電流流過VT1、R和VT4,負(fù)載上的電壓極性是左正右負(fù);當(dāng)開關(guān)VT1、VT4斷開,VT2、VT3接通時,電流流過VT2、R和VT3,負(fù)載上的電壓極性反向,直流電即轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?。若要改變輸出交流電頻率,改變兩組開關(guān)的切換頻率即可,繼而得到正負(fù)半周對稱的交流方波電壓。負(fù)載為純阻型時,負(fù)載電流電壓波形相同,相位也相同;負(fù)載為感性時,電流滯后于電壓,二者波形不同。輸出為相當(dāng)于三個差120°相位的單相逆變電路的疊加,即三相逆變,其原理不再贅述。

            基于PIC單片機(jī)的智能化逆變電源控制系統(tǒng)

            圖1 單相橋式逆變電路

            二、產(chǎn)生PWM波芯片選擇

            本設(shè)計(jì)電路為單相全橋逆變電路,其主電路是典型的DC-AC逆變電路。由對LC濾波后的電壓進(jìn)行AD采樣,把所得的數(shù)據(jù)輸入到16F873單片機(jī),由PIC16F873單片機(jī)芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并輸出相應(yīng)的SPWM信號給IR2136驅(qū)動電路,控制逆變電路的開關(guān)管通斷,從而控制逆變器的輸出,調(diào)節(jié)電流監(jiān)測系統(tǒng)的工作溫度,保護(hù)電路。另設(shè)有鍵盤、控制頻率及幅值,同時顯示模塊,用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

            PIC16F873單片機(jī)電路是此系統(tǒng)的控制核心電路,主要發(fā)揮以下兩個方面的作用:為驅(qū)動電路提供SPWM控制信號,控制逆變橋的通斷;對輸出電壓進(jìn)行AD采樣。

            集成電路IR2136芯片主要作用是產(chǎn)生相應(yīng)的觸發(fā)電平來控制逆變電路的開關(guān)管通斷,從而控制逆變器的輸出。除此以外,由于系統(tǒng)輸出的不僅有SPWM波,還包含低次以及高次諧波。本設(shè)計(jì)采用了LC濾波電路以達(dá)到最終輸入標(biāo)準(zhǔn)正弦波的目的。

            ω=2R/L為其截止角頻率,R為公稱阻抗,設(shè)截止頻率為fc,則有:

            ω=2R/L為其截止角頻率,R為公稱阻抗,設(shè)截止頻率為fc

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