家用電器穩(wěn)壓電源PWM部分設(shè)計(jì)

1、目 錄1 前言12 方案論證23 設(shè)計(jì)要求24 系統(tǒng)總體框圖25 硬件電路的設(shè)計(jì)35.1 變換電路35.2 epwm控制電路55.2.1 電壓整流檢測(cè)電路95.2.2 對(duì)電壓波動(dòng)進(jìn)行正負(fù)補(bǔ)償?shù)目刂齐娐仿?15.2.3 三角波發(fā)生器電路125.2.4 狀態(tài)切換觸發(fā)電路125.2.5 穩(wěn)壓補(bǔ)償過(guò)程156 總結(jié)16謝詞16參考文獻(xiàn)17附錄1181 前言隨著高新技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的高精密負(fù)載對(duì)輸入電源，特別是對(duì)交流輸入電源的穩(wěn)壓精度要求越來(lái)越高。但是，由于電力供求矛盾的存在，市電電網(wǎng)電壓的波動(dòng)較大，不能滿足高精密負(fù)載的要求，需要在市電電網(wǎng)與負(fù)載之間增設(shè)一臺(tái)高穩(wěn)壓精度的寬穩(wěn)壓范圍的交流穩(wěn)壓電源。電源技

2、術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國(guó)紛紛對(duì)電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。數(shù)控電源是從80年代才真正的發(fā)展

3、起來(lái)的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開(kāi)始建立。這些理論為其后來(lái)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。在以后的一段時(shí)間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點(diǎn)。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷加以改善。單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器件的研制應(yīng)用，到90年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到0.05v的數(shù)控電源，功率密度達(dá)到每立方英寸50w的數(shù)控電源。從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐

4、開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩1。隨著數(shù)控電源技術(shù)的發(fā)展，pwm脈寬調(diào)制技術(shù)已成為穩(wěn)壓電源的一個(gè)熱點(diǎn)。脈寬調(diào)制(pwm:(pulse width modulation)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。本文正是一種利用等脈沖寬度調(diào)制（epwm）技術(shù)配合高速電子開(kāi)關(guān)、高頻電子變壓器和lc濾波器實(shí)現(xiàn)交流開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的。2 方案論證方案一：感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器。是將鐵磁諧振變壓器固定不變的次級(jí)諧振回路改成其諧振功率可根據(jù)不同負(fù)載情況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整的結(jié)構(gòu)，即次級(jí)諧振回路中的諧振電容中，至少有一個(gè)諧振電容

5、通過(guò)切換開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換與輸出主繞組 靠改變變壓器次、初級(jí)電壓的相位差，使輸出交流電壓穩(wěn)定。方案二：晶閘管交流穩(wěn)壓器。用晶閘管作功率調(diào)整元件。穩(wěn)定度高、反應(yīng)快且無(wú)噪聲。但對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備造成干擾。方案三：多補(bǔ)償變壓器式交流穩(wěn)壓電源。所謂多補(bǔ)償變壓器式交流穩(wěn)壓電源，就是用多個(gè)（一般是24個(gè)）補(bǔ)償變壓器，將其次級(jí)串入主電路中，通過(guò)由雙向晶閘管或固態(tài)繼電器組成的“多全橋”變換電路，采用有選擇的切換或通過(guò)切換串入補(bǔ)償變壓器的個(gè)數(shù)進(jìn)行有級(jí)補(bǔ)償，來(lái)達(dá)到穩(wěn)壓目的。方案四：對(duì)方案三取其優(yōu)點(diǎn)、避其缺點(diǎn)，提出了用等脈寬調(diào)制（epwmequalpulsewidthmodulation）高頻斬波器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕涣鞣€(wěn)壓電

6、源以供參考。它是對(duì)曾經(jīng)研制和發(fā)表過(guò)的“pwm斬波器式交流穩(wěn)壓電源”的一種改進(jìn)變形電路2，比原電路更簡(jiǎn)單，也更合理一些。通過(guò)對(duì)以上幾種方案的比較，我們選擇方案四，采用等脈寬調(diào)制高頻斬波器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕涣鞣€(wěn)壓電源。3 設(shè)計(jì)要求（1）整流濾波電路的設(shè)計(jì)；（2）p f c電路的設(shè)計(jì)；（3）變換電路的設(shè)計(jì)；（4）pwm控制電路設(shè)計(jì)；（5）輔助電源的設(shè)計(jì)；4 系統(tǒng)總體框圖整 流濾 波p f c校正電路變 換電 路輸 出 濾 波輔 助 電 源pwm控 制 電 路市 電220v本系統(tǒng)采用一種利用等脈沖寬度調(diào)制（epwm）技術(shù)配合高速電子開(kāi)關(guān)、高頻電子變壓器和lc濾波器實(shí)現(xiàn)交流開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的實(shí)現(xiàn)思路。市電電壓經(jīng)

7、整流濾波變?yōu)檩^為平滑的310v直流電壓由pfc高功率因數(shù)校正電路校正為功率因數(shù)較高的直流后輸入變換電路。變換電路是由epwm斬波式脈沖調(diào)制控制電路來(lái)進(jìn)行控制的，同時(shí)epwm控制電路還要進(jìn)行電壓補(bǔ)償已達(dá)到穩(wěn)壓的目的。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。圖1 交流穩(wěn)壓總體框圖5 硬件電路的設(shè)計(jì)本交流穩(wěn)壓電源是一種利用等脈沖寬度調(diào)制（epwm）技術(shù)配合高速電子開(kāi)關(guān)、高頻電子變壓器和lc濾波器實(shí)現(xiàn)交流開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的實(shí)現(xiàn)思路。市電電壓經(jīng)整流和濾波電路產(chǎn)生一組非穩(wěn)定的直流電壓，提供給高速電子開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)能量交換。從市電直接取得交流電壓，首先經(jīng)過(guò)d1d4橋式整流，c9、r23和c10、r24組成的rc濾波后再次經(jīng)過(guò)c1

8、1濾波，最后獲得平滑的輸出直流電壓。該直流電壓經(jīng)pfc功率因數(shù)校正電路獲得較高的功率因數(shù)后送往后續(xù)電路。pfc電路的供電電源采用+15v的輔助電源供電，同時(shí)該輔助電源也對(duì)pwm控制電路供電。由于該交流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)是和同學(xué)兩人一起做，本人負(fù)責(zé)交換電路、輸出濾波和pwm控制電路，所以前面的整流濾波電路、pfc校正電路、輔助電源和顯示電路不多做累述。下面將詳細(xì)介紹交換電路、輸出濾波和epwm控制電路。5.1 變換電路變換電路3是將從pfc輸出的高功率因數(shù)的平滑直流電壓變?yōu)椴ㄐ螢榉讲ǖ慕涣麟?。變換電路是由epwm橋式斬波器s1s4及其輸出變壓器tr、直流整流電源d1d4和輸出交流濾波器lf、cf組成。

9、橋式斬波器是串聯(lián)在pfc校正電路和負(fù)載之間的，以便對(duì)變換后的電壓波動(dòng)進(jìn)行正、負(fù)補(bǔ)償。電路如圖2所示： 圖2 變換電路橋式斬波器輸出電壓中的諧波，由濾波器lf、cf來(lái)濾除。由諧波幅值(um/k)sinkd可以算出，當(dāng)載波三角波頻率fc=10khz，n=200，d=0.10.9時(shí)，基波與各次諧波的幅值如表1所列?；ê透鞔沃C波與調(diào)制比亦即占空比d的關(guān)系曲線如圖3所示?？芍猠pwm正弦斬波電壓的諧波頻率與載波比n成正比，n越大諧波頻率越高，所需的濾波器lf、cf的參數(shù)值也越小。所以，根據(jù)表1及圖3可以計(jì)算lf及cf的值。橋式斬波器所需的直流電源，由取自pfc校正電路輸出端的電源ui，通過(guò)整流器d1d

10、4來(lái)供給。這里應(yīng)該指出的是，epwm橋式斬波器s1s4并不是工作在逆變器狀態(tài)，而是工作在橋式斬波器狀態(tài)。這是由它的epwm工作方式、直流電源電壓波形和直流電容cd值的大小及其功能來(lái)區(qū)分的4。表1 基波與各次諧波的幅值（fc=10khz，n=200）b1/um0.10.20.30.4.50.60.70.80.9b199/um-0.0984-0.1871-0.2575-0.3027-0.3183-0.3027-0.2575-0.1871-0.0984b201/um-0.0984-0.1871-0.2575-0.3027-0.3183-0.3027-0.2575-0.1871-0.0984b399/

11、um-0.0935-0.1514-0.1514-0.093500.09350.15140.15140.0935b401/um-0.0935-0.1514-0.1514-0.093500.09350.15140.15140.0935b599/um-0.0858-0.1009-0.03280.06240.10610.0624-0.0328-0.1009-0.0858b601/um-0.0858-0.1009-0.03280.06240.10610.0624-0.0328-0.1009-0.0858b799/um-0.0757-0.04680.04680.07570-0.0757-0.04680.0

12、4680.0757b801/um-0.0757-0.04680.04680.07570-0.0757-0.04680.04680.0757圖3諧波分量與占空比d的關(guān)系曲線橋式斬波器的直流電壓，不是通過(guò)電容cd把整流電壓濾波成恒定的平滑直流電壓，而是仍然為單相橋式整流電壓的波形。直流電容cd不再具有直流濾波功能，而只是為了創(chuàng)造一個(gè)續(xù)流通路而設(shè)置的。對(duì)于感性負(fù)載，在一個(gè)斬波開(kāi)關(guān)周期內(nèi)續(xù)流的能量是很小的（由于斬波頻率較高），所以cd的值也很小，cd的充放電速度很快，不會(huì)影響整流電壓的上升或下降速度，使cd上的電壓與不濾波的整流電壓波形相同。也就是說(shuō)，由于電容cd的值很小，它只允許續(xù)流電流通過(guò)，不再具

13、有直流濾波功能，因此對(duì)整流波形不產(chǎn)生影響。這就說(shuō)明橋式斬波器是工作在epwm斬波狀態(tài)，而不是工作在逆變狀態(tài)。n溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極控制脈沖是由pwm控制電路產(chǎn)生并進(jìn)行控制的。當(dāng)pwm控制電路產(chǎn)生的正交三角波的下降沿時(shí)s1和s4導(dǎo)通，上升沿時(shí)s2和s3導(dǎo)通。輸出電壓uef為方波交流電壓。二極管d1d4為場(chǎng)效應(yīng)管s1s4漏極和源極提供合適的電壓壓降。5.2 epwm控制電路斬波式交流穩(wěn)壓電源的控制電路，是由輸入電壓整流檢測(cè)電路、比較電路、epwm電路和橋式斬波器開(kāi)關(guān)s1s4工作狀態(tài)的切換和觸發(fā)電路組成。在電壓整流檢測(cè)電路中，加入對(duì)濾波電感l(wèi)f上的電壓檢測(cè)，是為了減小濾波電感l(wèi)f的電抗對(duì)穩(wěn)壓精度

14、的影響。epwm是由p.d.parkh，s.r.paradla于1983年首先提出來(lái)的5。其原理是采用用直流形式表示的誤差電壓u與三角波電壓uc進(jìn)行比較如圖4(c)所示，在直流誤差電壓u大于三角波電壓的部分產(chǎn)生出等脈寬調(diào)制脈沖，如圖4(d)所示。用圖4(d)的等脈寬調(diào)制脈沖去觸發(fā)橋式斬波器中相應(yīng)的開(kāi)關(guān)管s1s4，就可以在橋式斬波器的兩橋臂中點(diǎn)e和f之間產(chǎn)生出epwm正弦斬波電壓波形，如圖4(e)所示。經(jīng)過(guò)濾波器lf、cf濾波后，就可以在變壓器tr初級(jí)得到正弦補(bǔ)償電壓uef1，如圖3(f)所示。uef1在tr次級(jí)產(chǎn)生補(bǔ)償電壓uco。當(dāng)對(duì)市電電壓進(jìn)行正補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償電壓uco與市電電壓相位相同；當(dāng)對(duì)

15、市電電壓進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償電壓uco與市電電壓相位相反。圖4是針對(duì)正補(bǔ)償情況畫出來(lái)的，對(duì)負(fù)補(bǔ)償也可以畫出相應(yīng)的波形圖。交流穩(wěn)壓電路的epwm，與正弦斬波電壓的生成如圖4所示。其中圖4(a)為整流器vd1vd4的交流輸入電壓波形，圖4(b)為直流電容cd上的電壓波形，圖4(c)為epwm，圖4(d)為epwm產(chǎn)生的橋式斬波器中開(kāi)關(guān)管v1v4的觸發(fā)脈沖波形，圖4(e)即為epwm正弦斬波電壓波形，圖4(f)為tr初級(jí)補(bǔ)償電壓波形。圖4 epwm斬波式交流穩(wěn)壓電源的工作波形圖epwm斬波器式交流穩(wěn)壓電源控制電路工作原理:當(dāng)市電電壓波動(dòng)時(shí)，通過(guò)對(duì)pfc輸入電壓us及濾波電感l(wèi)f上電壓的整流檢測(cè)電路，得

16、到電壓信號(hào)usl，將usl與基準(zhǔn)參考電壓ur進(jìn)行比較，得到誤差電壓u。當(dāng)uslur時(shí)（市電電壓上波動(dòng)）得動(dòng)u，u使epwm調(diào)制器中的比較器u2不能工作，只能使比較器u1工作，u通過(guò)與三角波uc在u1中進(jìn)行比較，在u大于三角波的部分產(chǎn)生出epwm脈沖信號(hào)，此信號(hào)通過(guò)“狀態(tài)切換觸發(fā)電路”對(duì)橋式斬波器中的開(kāi)關(guān)管v1v4進(jìn)行控制，在其輸出變壓器tr次級(jí)產(chǎn)生負(fù)補(bǔ)償電壓uco，使負(fù)載電壓ul=usuco=ur；當(dāng)us,lur時(shí)須進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償，使usuco=ul=ur；當(dāng)usur時(shí)須進(jìn)行正補(bǔ)償，使usuco=ul=ur，所以 (1) 正補(bǔ)償時(shí)取正號(hào)，負(fù)補(bǔ)償時(shí)取負(fù)號(hào)。假定補(bǔ)償變壓器tr的變比為：1，橋式斬波器的

17、輸出電壓基波為則 (2)將式（2）代入式（1）得 (3)橋式斬波器的基波輸出電壓 (4)將式（4）代入式（3）得 或 正補(bǔ)償時(shí)取正號(hào)，負(fù)補(bǔ)償時(shí)取負(fù)號(hào)。當(dāng)占空比d=1時(shí)，最大正、負(fù)補(bǔ)償電壓由式（2）得因?yàn)榇藭r(shí)當(dāng)市電電壓的波動(dòng)范圍為15時(shí)，最大補(bǔ)償電壓由于補(bǔ)償變壓器tr初次級(jí)匝比為而補(bǔ)償變壓器次級(jí)電流，即市電輸入電流式中：p為市電輸入功率。補(bǔ)償變壓器初級(jí)電流，即橋式斬波器輸出電流即橋式斬波器的斬波開(kāi)關(guān)管的額定電流，只有市電輸入電流is的1/。因而補(bǔ)償功率當(dāng)us=ul時(shí)，d=0，補(bǔ)償功率pco,min=0；當(dāng)us,min=(10.15)ul=0.85ul時(shí)，d=1，則補(bǔ)償功率pco,max可以根據(jù)p

18、comax來(lái)選擇補(bǔ)償變壓器tr的容量。5.2.1 電壓整流檢測(cè)電路 電壓的檢測(cè)電路，由兩個(gè)相同的變壓器tr2、tr3及二極管vd9vd12，cd2組成，如圖5所示。圖5 電壓整流檢測(cè)電路電壓檢測(cè)的采樣點(diǎn)取法，對(duì)穩(wěn)壓精度影響很大。如果采樣點(diǎn)取自輸入端，檢測(cè)市電輸入電壓，對(duì)補(bǔ)償電壓的穩(wěn)定性是有利的，但不能補(bǔ)償因變壓器tr1次級(jí)漏抗及濾波電感l(wèi)f電抗引起的電壓降，補(bǔ)償精度差；如果采樣點(diǎn)取自輸出端，檢測(cè)輸出負(fù)載電壓，這樣可以對(duì)tr1次級(jí)漏抗及l(fā)f電抗引起的電壓降進(jìn)行補(bǔ)償，但補(bǔ)償后由于ul=ur就不能繼續(xù)保持tr1次級(jí)補(bǔ)償電壓uco的存在，出現(xiàn)補(bǔ)償不穩(wěn)定現(xiàn)象；如果像多個(gè)補(bǔ)償變壓器無(wú)觸點(diǎn)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源

19、那樣，采樣點(diǎn)取自輸入端與輸出端，對(duì)市電輸入電壓與負(fù)載電壓同時(shí)檢測(cè)，然后將它們相加并除以2，即(us+ul)/2，當(dāng)is0時(shí)，如果令tr1次級(jí)漏抗xt與lf電抗xl之和xtxl=x，則usxis=ul，所以(us+ul)/2=(us+us+xis)/2=us(xis)/2。由此可知這種檢測(cè)法雖然可以對(duì)因x而造成的電壓降進(jìn)行補(bǔ)償，也不會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償不穩(wěn)定現(xiàn)象，但只能補(bǔ)償一半的xis，還有一半xis不能進(jìn)行補(bǔ)償。比較好的檢測(cè)法是采樣點(diǎn)取自輸入端，檢測(cè)市電輸入電壓us及檢測(cè)x上的電壓降xis，用usxis作為檢測(cè)到的電壓。這樣，既能保證補(bǔ)償電壓的穩(wěn)定性，也能使補(bǔ)償?shù)木忍岣摺D3所示的單相穩(wěn)壓電路，就是采

20、用了這種電壓檢測(cè)電路。 串聯(lián)補(bǔ)償變壓器的次級(jí)漏電抗xt，一般為tr1容量的（35）。而tr1的容量與市電電壓的波動(dòng)范圍有關(guān)，當(dāng)市電電壓波動(dòng)范圍為15時(shí)，tr1的容量?jī)H為穩(wěn)壓電源標(biāo)稱容量的17.6。所以，補(bǔ)償變壓器tr1折算到負(fù)載額定電壓ur的次級(jí)漏抗壓降標(biāo)么值為xtis=(0.030.05)0.176=0.005280.0088xtis的值很小，可以認(rèn)為xtis0，此時(shí)只需對(duì)lf電抗xl引起的電壓降進(jìn)行補(bǔ)償就可以了。在圖4中，變壓器tr2檢測(cè)的是市電輸入電壓us，變壓器tr3檢測(cè)的是lf上的電壓降，用tr2及tr3的次級(jí)電壓相減后再進(jìn)行整流，就可以得到反映usxlis數(shù)值的直流電壓usl。5.

21、2.2 對(duì)電壓波動(dòng)進(jìn)行正負(fù)補(bǔ)償?shù)目刂齐娐?對(duì)電壓波動(dòng)進(jìn)行正、負(fù)補(bǔ)償?shù)目刂齐娐罚蓤D6中比較器u1、u2，比例放大器pi1、pi2，及epwm比較器u3、u4，和基準(zhǔn)電壓給定電路r3r5組成。它分成上下兩個(gè)支路，上支路由u1、pi1、u3組成，用于對(duì)市電電壓的負(fù)波動(dòng)進(jìn)行正補(bǔ)償控制；下支路由u2、pi2、u4組成，用于對(duì)市電電壓的正波動(dòng)進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償控制。與此相應(yīng)基準(zhǔn)電壓給定電路也給出了兩個(gè)基準(zhǔn)電壓給定值ur1及ur2。ur1對(duì)應(yīng)于市電電壓的218v；ur2對(duì)應(yīng)于市電電壓的222v。當(dāng)市電電壓us222v時(shí)下支路工作，上支路不工作，usl與ur2在u2中進(jìn)行比較，產(chǎn)生出正誤差電壓u，u經(jīng)過(guò)pi2放大后

22、與三角波uc在u4中進(jìn)行比較，產(chǎn)生出使橋式斬波器對(duì)市電電壓進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償?shù)目刂啤；鶞?zhǔn)電壓給定電路給出兩個(gè)基準(zhǔn)電壓（ur1=218v與ur2=222v）的目的，是為了當(dāng)市電電壓us在218v222v之間時(shí)不使穩(wěn)壓電源工作，以避免市電電壓us在（2202）v區(qū)間內(nèi)穩(wěn)壓電源產(chǎn)生正負(fù)補(bǔ)償振蕩，使輸出電壓不穩(wěn)定，這一點(diǎn)在圖1中沒(méi)有表明。這里需要指出的一點(diǎn)是，圖6中運(yùn)放pi1和pi2的放大倍數(shù)，與補(bǔ)償變壓器tr1的初次級(jí)變比1：1、檢測(cè)變壓器tr2、tr3（兩個(gè)變壓器完全相同）的初次級(jí)變比2：1、三角波的電壓幅值ucm及市電電壓的幅值um有關(guān)。pi1及pi2的放大倍數(shù)當(dāng)tr1、tr2、tr3的變化相同時(shí)5.2

23、.3 三角波發(fā)生器電路三角波發(fā)生器電路由一個(gè)方波電壓發(fā)生器（u7）和一個(gè)積分器（u8）組成，如圖7中u7及u8所示，這種電路在ups中是常用的6對(duì)于epwm正弦斬波電壓波形，為了使此波形具有半波奇對(duì)稱，和四分之一波偶對(duì)稱，以消除其傅里葉級(jí)數(shù)中的余弦項(xiàng)和正弦項(xiàng)中的偶次諧波，使載波比n=fc/f=4k，即三角波頻率fc為市電頻率f的4整數(shù)倍。調(diào)制比m=t/t=u/ucm，t為脈沖寬度，t=1/fc為三角波周期、ucm為三角波幅值，如圖4（e）所示?？芍?，m=t/t就是epwm正弦斬波電壓波形的占空比d，即m=t/t=d。載波三角波的方程式為 圖7 三角波發(fā)生器電路三角波頻率與方波電壓發(fā)生器的頻率相

24、同，當(dāng)方波電壓發(fā)生器中的電阻r8=0.86r9時(shí)，三角波頻率fc1/（1/2r10c2）5.2.4 狀態(tài)切換觸發(fā)電路狀態(tài)切換與觸發(fā)電路如圖8電路所示。它是由脈沖變壓器tr4、tr5、tr6、tr7及其下面的兩個(gè)三極管組成的。圖中u9、u10是將pfc輸出電壓變換成與其相對(duì)應(yīng)的正、負(fù)半周方波電壓。u9得到與us正半周相對(duì)應(yīng)的方波電壓，u10得到與us負(fù)半周相對(duì)應(yīng)的方波電壓。當(dāng)調(diào)制電平為u時(shí)，可求出觸發(fā)脈沖起始點(diǎn)ti和終止點(diǎn)ti1的方程式7： 則脈沖寬度為：各觸發(fā)脈沖的起始角和終止角的數(shù)值為：由圖4(e)可以看出，epwm正弦斬波電壓波形是鏡對(duì)稱和原點(diǎn)對(duì)稱，因此，在它的傅里葉級(jí)數(shù)中將不包含余弦項(xiàng)和

25、正弦項(xiàng)中的偶次諧波，只包含正弦項(xiàng)中的奇次諧波，即 n為奇數(shù)式中 對(duì)于基波，n=1。由于被epwm斬波的波形是正弦波，即f(t)=umsint，所以對(duì)于諧波，則對(duì)于諧波，則 當(dāng)時(shí)，所以epwm正弦斬波電壓的傅里葉級(jí)數(shù)表示式為考慮到tr的變比:1，補(bǔ)償電壓uco表示式為用lfcf濾除高次諧波后得到補(bǔ)償電壓為狀態(tài)切換觸發(fā)電路的切換采用的是三極管與門的工作原理，如圖7所示。觸發(fā)電路采用的是脈沖變壓器輸出形式，當(dāng)然也可以采用光耦的輸出形式。切換電路有兩組輸入信號(hào)，每組兩個(gè)輸入信號(hào)，即正補(bǔ)償與負(fù)補(bǔ)償，正半周方波與負(fù)半周方波。因此，應(yīng)有4組觸發(fā)電路，即由tr4、v1、v2組成的正補(bǔ)償正半周觸發(fā)電路；由tr6

26、、v5、v6組成的正補(bǔ)償負(fù)半周觸發(fā)電路；由tr7、v7、v8組成的負(fù)補(bǔ)償正半周觸發(fā)電路和由tr5、v3、v4組成的負(fù)補(bǔ)償負(fù)半觸發(fā)電路。每一種觸發(fā)電路，只有當(dāng)脈沖變壓器下面的二個(gè)三極管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)才能輸出觸發(fā)脈沖。脈沖變壓器下面的兩個(gè)三極管，其中一個(gè)受正負(fù)補(bǔ)償信號(hào)的控制，另一個(gè)受正負(fù)半周方波電壓的控制。因此，四種觸發(fā)電路對(duì)應(yīng)于市電電壓的每半個(gè)周期中，只有一種觸發(fā)電路輸出觸發(fā)脈沖，其它3種觸發(fā)電路不工作。由于正負(fù)方波電壓的加入，4種觸發(fā)電路之間每半個(gè)周期轉(zhuǎn)換一次，而且轉(zhuǎn)換是在市電電壓過(guò)零時(shí)進(jìn)行。因此，觸發(fā)電路的切換不會(huì)對(duì)輸出產(chǎn)生沖擊。圖8 狀態(tài)切換觸發(fā)電路 5.2.5 穩(wěn)壓補(bǔ)償過(guò)程空載時(shí)假定usur

27、時(shí)，則負(fù)補(bǔ)償控制電路工作，并使v4、v8導(dǎo)通。在市電電壓正半周，u9使v1、v7導(dǎo)通。由于v7、v8導(dǎo)通，tr7輸出觸發(fā)脈沖，使斬波橋中s2、s3導(dǎo)通。在市電電壓負(fù)半周，u10使v3、v5導(dǎo)通，由于v3、v4導(dǎo)通，tr6輸出觸發(fā)脈沖，使斬波橋中s1、s4導(dǎo)通，對(duì)市電電壓進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償。補(bǔ)償電壓uco的大小，與ur1usl=u的大小成比例。如果此時(shí)加載，is0，則tr2檢測(cè)的電壓降xis使us增大，因而u減小，補(bǔ)償電壓uco也相繼減小，以達(dá)到usuco=ul=ur的補(bǔ)償目的。對(duì)市電電壓的正、負(fù)補(bǔ)償，是通過(guò)狀態(tài)切換觸發(fā)電路，切換橋式斬波器中開(kāi)關(guān)管v1v4的工作順序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果對(duì)應(yīng)于市電的正半周讓s1

28、及s4導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)于市電的負(fù)半周讓s2及s3導(dǎo)通，是對(duì)市電電壓進(jìn)行正補(bǔ)償。對(duì)應(yīng)于市電正半周讓s2及s3導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)于市電負(fù)半周s1及s4導(dǎo)通，就是對(duì)市電電壓進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償。6 總結(jié)此畢業(yè)設(shè)計(jì)的宗旨就是如何將比較容易實(shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)式電源方案引用到交流電源穩(wěn)定的場(chǎng)合此畢業(yè)設(shè)計(jì)論文闡述一種利用等脈沖寬度調(diào)制（epwm）技術(shù)配合高速電子開(kāi)關(guān)、高頻電子變壓器和lc濾波器實(shí)現(xiàn)交流開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的實(shí)現(xiàn)思路并組裝出樣機(jī)予以測(cè)試。與傳統(tǒng)的可控硅調(diào)角式交流穩(wěn)壓電源相比，具有效率高、體積小、非線性失真度低、輸出電壓和電流穩(wěn)定等特點(diǎn)。本文先從交流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的實(shí)現(xiàn)機(jī)理逐步展開(kāi)，涉及到可控正弦波產(chǎn)生器、三角波發(fā)生器、比較器、脈沖寬

29、度調(diào)制（epwm）器、高速電子開(kāi)關(guān)、高頻電壓變換器以及微處理器及其周邊元部件等，都給與較為詳盡的闡述。接著對(duì)組裝、調(diào)試、檢測(cè)等也有相應(yīng)的介紹，最后給出了按設(shè)計(jì)要求所測(cè)試的結(jié)論。謝詞幾個(gè)月的時(shí)間匆匆而過(guò)，畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束。在這即將離開(kāi)學(xué)校的時(shí)刻，不禁讓我想起了這五年來(lái)學(xué)校對(duì)我的照顧和關(guān)懷。在這里我首先要感謝母校學(xué)院機(jī)電學(xué)院！感謝河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院為我提供一個(gè)學(xué)習(xí)深造的機(jī)會(huì)。感謝機(jī)電學(xué)院曾經(jīng)給予我關(guān)懷、教育和培養(yǎng)的各位老師，感謝同學(xué)們對(duì)我的幫助與鼓勵(lì)。在論文即將完成之際，我要衷心感謝我的指導(dǎo)教師，本設(shè)計(jì)自始至終都是在的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題、方案論證、開(kāi)題、研究工作的開(kāi)展、關(guān)鍵問(wèn)題的解決

30、、論文的撰寫乃至修改，每一環(huán)節(jié)都凝聚著恩師的心血。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、對(duì)學(xué)生誨人不倦的指導(dǎo)與幫助，不僅使我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，也使我們具備了從事科研工作的一些基本技能，為以后的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，令我受益匪淺。最關(guān)鍵的是恩師張偉教會(huì)了我分析和解決問(wèn)題的方法， 進(jìn)一步提高了我在學(xué)習(xí)、研究和解決問(wèn)題上的能力，是難得的良師益友。同時(shí)感謝我的同學(xué)以及我的室友。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，他們也為我提供了不少幫助，幫我解決了很多困難，使我的論文得以順利完成。在大學(xué)生活中機(jī)電學(xué)院的所有同學(xué)都曾給以我?guī)椭完P(guān)懷，在此一并謝過(guò)！所援引的著作，論文作者在此一并致以感謝！參考文獻(xiàn) 1王增福等新編常用穩(wěn)壓電源電路m北京：電子工業(yè)出版社，2005:145-167.2全新實(shí)用電路集粹從書編輯委員會(huì)電源應(yīng)用電路集粹m北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：23-493張文利 ,彭燕昌 ,孫廣平 ,嚴(yán)萍 ,張適昌.高壓開(kāi)關(guān)電源的研制j高電壓技術(shù), 2002,(11) .4賈艷明,嚴(yán)萍,莊洪春. 變壓器在igbt串聯(lián)技術(shù)中的