基于单片机控制新型逆变稳压电源的设计

摘要
本文主要论述了基于单片机控制逆变稳压电源的基本原理、结构和设计过程，并且在搭接实验电路之前，利用仿真工具软件对所设计的电路进行仿真，验证电路的可行性，最后在此基础上完成样机的调试工作。
本文设计的电源是输出220V，额定输出功率是3KW的单相稳定电源，在设计中，我们采用SPWM逆变控制技术，单片机AT89C51控制的SA4828芯片输出SPWM波，经EXB841驱动模块去驱动以IGBT为开关元件的单相电压型逆变电路，从而把三相电源经整流滤波后得到的直流电压逆变成稳定的交流电压。在本文中，我们首先对电源主电路进行分析与设计，然后对SA4828三相SPWM波发生器的使用和编程进行了介绍，还对IGBT驱动模块EXB841进行了介绍，另外，我们还讨论了IGBT管的缓冲电路和系统的保护电路，同时分析了系统的软件设计过程。
利用仿真工具软件对所设计的电力电子设备进行仿真，有利于缩短产品的设计时间，有利于提高产品的可靠性，在本文中，我们着重讨论MATLAB语言的电力仿真工具箱SimPower及其在所设计电源的仿真中的应用。

【关键词】IGBT，SPWM，逆变，SA4828，SimPower，仿真
目 录
第一章绪论…………………………………………………………………………1
1.1电源技术的发展概况……………………………………………………1
1.2电力系统仿真工具箱SimPower的应用及其意义……………………2
1.3本课题完成的主要任务…………………………………………………3
第二章基本原理……………………………………………………………………4
2.1 IGBT管的基本原理及特性………………………………………………4
2.1.1 IGBT的工作原理……………………………………………………4
2.1.2 IGBT的特性与参数特点……………………………………………5
2.1.3 IGBT的保护…………………………………………………………7
2.2逆变技术及其原理………………………………………………………8
2.2.1现代逆变技术的分类………………………………………………8
2.2.2逆变电路的基本工作原理…………………………………………8
2.2.3电力器件的换流方式………………………………………………9
2.2.4单相电压型逆变电路……………………………………………10
2.3 SPWM控制技术及其原理………………………………………………11
2.3.1 SPWM控制的基本原理……………………………………………11
2.3.2单极性和双极性SPWM控制方式…………………………………12
第三章系统硬件设计……………………………………………………………14
3.1系统总体介绍…………………………………………………………14
3.2系统主电路的设计……………………………………………………15
3.2.1输入EMI滤波器的设计…………………………………………15
3.2.2输入整流滤波电路的设计………………………………………17
3.2.3逆变器和输出滤波电路的设计…………………………………19
3.2.4 RCD缓冲电路的设计………………………………………………20
3.3采样电路及A/D转换电路……………………………………………23
3.4 SPWM波产生芯片SA4828及其应用……………………………………25
3.4.1 SA4828工作原理…………………………………………………25
3.4.2 SA4828与单片机的连接…………………………………………27
3.4.3 SA4828的编程……………………………………………………28
3.5 IGBT驱动电路EXB841…………………………………………………31
3.5.1 IGBT驱动电路的要求……………………………………………31
3.5.2集成化IGBT专用驱动器EXB841…………………………………33
3.5.3使用EXB841应注意的一些事项…………………………………35
3.6系统保护电路设计……………………………………………………36
3.7辅助电源电路的设计…………………………………………………38
第四章系统的软件设计…………………………………………………………39
4.1 PI控制原理……………………………………………………………39
4.1.1过程控制的基本概念……………………………………………39
4.1.2模拟PI调节器……………………………………………………39
4.1.3数字PI控制器……………………………………………………40
4.2标准PI算法积分项的改进……………………………………………41
4.3数字PI参数的选择……………………………………………………42
4.3.1采样周期的选择…………………………………………………42
4.3.2数字PI控制参数的选择…………………………………………43
4.4中位值滤波技术………………………………………………………44
4.5系统控制程序设计……………………………………………………45
4.6软件抗干扰技术………………………………………………………47
第五章系统的MATLAB仿真………………………………………………………48
5.1 MATLAB简介……………………………………………………………48
5.2动态仿真工具Simulink………………………………………………48
5.3电力系统仿真工具箱SimPower………………………………………49
5.4系统仿真模型的建立…………………………………………………50
5.5仿真结果及其分析……………………………………………………55
第六章结论………………………………………………………………………58
致谢…………………………………………………………………………………59
参考文献……………………………………………………………………………60
附录一SA4828编程例子…………………………………………………………62