单相正弦波变频电源
SPWM实现单相正弦波变频电源设计
关键词 ： 单相 ； 变频 ；Ｐ Ｓ ＷＭ； ． －计 ￣
中图分类号 ：Ｍ３４１ Ｔ ４．
一
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６ １８ ８ （ ０ ０ ０ — ０ ６ ０ １７ — ０ ９ ２ １ ）３ ０ ３ —２ 流输出 ， 所以逆变 电路是技术核心 。
的子程序判断是否超过额定值 ，从而判断是否做断电保护操作 ；
测频模块功能是 ： 取输 出电压信号经过单稳 电路形成与输 出电压
… 《 国大学生电子设计竞赛获奖作品选编》 １ 全 第一届—— 第
五届． 北京理 工大学 出版社
频率相同的方波信号 ， 然后 由“ Ｃ Ｕ” 主 Ｐ 中的测频子程序对其进行
法》 将维修基金定位成 以业主大会 为受益人 的信托基金 。哒 种信 托管理模式不失为专项维修资金保值增值的较好途径。
（ ） 一 保障物业共用部分得到及 时充分维修 。 如何保障物业共
用部分得到及时充分维修 ，专项维修资金 的管理模 式至关 重要 ，
特别要看 由什么机构掌握维修资金 的使用权 、 审批权 。有人提 出
择。
［］星波 ． 专项维修资金 管理构 想【． ４ 房屋 Ｊ 现代 物业，０９（ ： 】 ２０；） ９
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（ ） 二 保障专项维修资金安全 ， 实现保值增值 。我 国住宅专项
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（ 上接 第 ３ ６页）３ 控制 系统设计 。 、 控制系统部分是由“ Ｃ Ｕ” 主 Ｐ 来 完成工作的 ， 其功能模块 主要包括 用于人 机对话 功能的键盘与显
变频电源技术参数
阳宏公司（深圳市阳宏电气有限公司）专业研发，生产，销售变频电源，单相变频电源，三相变频电源，交流变频电源，深圳变频电源，大功率变频电源，60HZ变频电源，40HZ-499HZ 变频电源，0-300V电压连续可调变频电源，阳宏变频电源。
欢迎广大商家来电订购1.单进单出变频电源：输出功率：（500V A-120KV A变频电源），输出电压（0-150V/0-300V），输出频率（40HZ-499HZ）2.三进单出变频电源：输出功率：（3KV A-800KV A变频电源），输出电压（0-150/0-300V），输出频率（40HZ-499HZ）3.三进三出变频电源：输出功率：（3KVA-1000KV A变频电源），输出电压（0-260/0-520V），输出频率（40HZ-499HZ）工厂地址：深圳市宝安区观澜街道观澜高新科技园区变频电源电气参数：输入频率：50HZ，60HZ或400HZ输出频率：40-499HZ指拔式连续可调输入电压：220V±20%或380V±20%输出电压：0-150V/0-300V负载稳压率：≤±1%波形失真：≤1%保护装置：具过载，过流，输入欠压，过高温，过压，短路保护变频电源/ 交流电源供应器YF/SPS-3600单相高功率系列三相输入单相输出产品（10V A-200KV A）共同特点输入频率：50Hz,60Hz或400Hz。
输出电压：0~300V AC。
输出频率：40.0~499.9Hz指拨式。
电压、频率、电流、功率表采用4位数字LED显示，简单、易读、高解析度。
电压（V）、频率（Hz）、电流（A）、功率（W）、4视窗,同时量测、显示、无需切换。
无辐射干扰，含谐波成分小，并经特殊处理，不产生干扰。
纯净、稳定的正弦波大容量、小体积、低噪音、高可靠度.提供世界各国标准电压、频率、模拟各种电器产品。
电压、频率、模拟测试各种电器产品。
超载能力强。
瞬间电流可承受3倍的额定电流。
110V60HZ输入110V50HZ输出单相变频电源
110V60HZ输入110V50HZ输出单相相变频电源指导老师：欧阳华斯电源答辩人：变频电源工作原理图110V60HZ输入110V50HZ输出单相相变频电源单进单出变频电源技术参数（OYHS-9800）系列型号（OYHS）OYHS-98005OYHS-9801OYHS-9802OYHS-9803OYHS-9805OYHS-9810OYHS-9815OYHS-9820OYHS-9830输出容量（KVA）0.5KVA1KVA2KVA3KVA5KVA10KVA15KVA20KVA30KVA 电路方式IGBT/SPWM脉宽调制方式交流输入相数单相波形SINEWAWE电压110V±15%频率波动范围50HZ or60HZ±10%功率因数﹥0.9交流输出相数单相波形SINE WAVE电压110V，0-300V连续可调频率60HZ，50HZ，40-499.9HZ连续可调频率稳定率≤0.01%低档最大电流（0-150V）（A）4.2A8.4A16.8A25A41.6A83.3A125A166.7A250A 高档最大电流（150-300V）（A）2.1A 4.2A8.4A12.5A20.8A41.7A62.5A83.3A125A 整机性能电源稳压率﹤1%负载稳压率﹤1%波形失真度﹤2%效率﹥90%反应时间≤2ms波峰因子3：1保护装置具有过压，过流，超载，输入欠压，过高温，短路等多重保护显示显示介面数位式LED显示电压4位数，数位电压表，解析度0.1V电流4位数，数位电流表，解析度0.1A功率4位数，数位瓦特表频率4位数，数位频率表环境及其它冷却装置高速变频风扇冷却，强制冷风工作温度-10℃to50℃相对湿度0～90%（非凝结状态）海拔高度≤1500m重量（KG）2123456070150180230350尺寸(H*D*W）mm180*500*430600*530*350790*650*350850*650*5001100*750*550注：1以上尺寸不含脚输高度2可根据顾客要求规格特别定制3本公司产品规格不断研发改进,规格若有变更,恕不另行通知。
变频电源参数规格
特性：
◇纯净化输出电源品质：双重电力转换，提供纯净可靠的正弦波电力输出。
不但是研发和实验室的最佳电源，也是EM/EMC/安规测试的标准电源。
◇快瞬时反应速度：对100%的除载/加载，输出负载稳压率在反应时间内，可立即稳定在±1% (线性负载)。
◇强过载能力：容许100%满载长延时使用；当瞬间负载容量超过3倍的额定电流时，变频器/电源仿真供应器可以承受，并且不会造成电压压降。
◇安全的多项保护功能：具过电压、过电流、过高温、短路保护及告警装置。
遇异常状况时，本机的电子电路会自动感应并立即跳脱，同时发出警鸣，通知使用者做紧急状况处理。
◇适合各项负载使用：不管是纯阻性，容性，电感性或非线性负载都可以使用。
应用场所：
■自动化测试系统■研发单位最佳电源■军用装备400Hz电源
■电脑设备测试■机场装备400Hz电源■ OA产品测试
■太空设备测试■空调设备测试■ LCD电脑测试
■日光灯整流器测试■各类电机制品测试■交换式直流电源测试电源
注：本公司保有规格变更权利，规格变更时，怒不另行通知，另接受特殊规格订制！。
变频电源工作原理
变频电源工作原理
变频电源变频电源非常接近理想交流电源，具有频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波（无失真）的突出特点。
故众多发达国家将变频电源用作标准供电电源，为用电器提供最优良的供电环境。
自改革开放以来，变频电源主要从日本和台湾引入大陆，并迅速进入各个领域，成为一个新兴发展的领域，并对中国工业电气化发展产生重要的影响。
变频电源工作原理变频电源的整个电路由交流→直流→交流→滤波（即AC→DC→AC→滤波）等部分构成，具体步骤是首先把220v的交流电用整流桥变成直流电，然后再用逆变桥把直流电变成交流电，在逆变过程中逆变出的交流电的频率是可以控制的，因此它输出的电压和电流波形均为纯正的正弦波，非常接近理想的交流供电电源。
可以输出世界任何国家的电网电压和频率。
有别于变频器。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
可分为交——交变频器，交——直——交变频器。
交——交变频器可直接把交流电变成频率和电压都可变的交流电；交——直——交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电，再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。
变频电源分类原理变频电源主要有二大种类：电晶体放大型和PWM开关型。
DP系列变频电源，以微处理器为核心，以PWM方式制作，正弦脉宽调制等技术，使单机容量可达1000KV A，以隔离变压器输出来增加整机稳定性，具有负载适应性强、输出波形品质好、操作波形好、操作简便、体积小、重量轻等特点，具有短路、过流、过压、过热等保护功能，以保证电源可靠运行。
变频电源的工作原理
变频电源的工作原理
变频电源是一种能够将输入的直流电转换为不同频率的交流电的电源。
其工作原理如下：
1. 输入直流电电压：变频电源的输入是直流电电压，通常是从直流电源或电池中获取的。
2. 矩阵变换器：变频电源中的矩阵变换器是核心部件，它将输入的直流电转换为高频交流电。
矩阵变换器由多个半桥或全桥逆变器组成，每个逆变器控制输出一个不同频率的波形。
3. 逆变器控制：逆变器通过PWM（脉冲宽度调制）技术控制
输出波形的形状和频率。
PWM技术通过改变输出电压的脉冲
宽度来实现精确的频率控制。
逆变器控制器根据负载需求和用户设定的频率，动态地调整脉冲宽度。
4. 输出变压器：逆变器输出的高频交流电经过输出变压器降压、变压，以得到适当电压的交流电供给负载。
输出变压器还可以提供电隔离和稳压功能，保护负载免受电网中的干扰和波动。
5. 控制系统：变频电源的控制系统包括输入端的直流电电压检测和变频逆变器的输出波形控制。
控制系统可以根据负载需求和设定参数进行动态调整，以保持稳定的输出电压和频率。
通过以上步骤，变频电源能够将输入的直流电转换为所需的交流电，并提供可调频率的电源供给负载。
这种电源在调速器、可调电动机驱动、无线电通信、光伏逆变器等领域有广泛应用。
单相正弦波变频电源
（D题）单相正弦波变频电源摘要本设计电路使用NE5532组成一个文氏电桥振荡器，它的特点是起振容易，波形失真很小，频率也很稳定，其震荡频率由电阻电容决定，当电容选定为标准的的104时，电阻为时频率刚好为50HZ左右。
用一个可调电位器作为反馈调节电位器，可以调节振荡器输出的正弦波的幅度，从振荡器出来的正弦波分成4路，2路进入由2个NE5532组成的精密整流电路变成馒头波；2路进入由两个NE5532组成的同步波发生电路变成方波。
本设计的载波振荡器的核心是一块NE555时基电路.它实际上是一个高线性度的三角波发生器,三角波频率由电阻电容决定，当三角波的频率约为20K,能满足SPWM调制电路的要求.为确保三角波的线性度,由三极管为电容充放电回路组成恒流源.三角波信号经三极管的射极输出,分别送到SPWM调制器的同相端和反相端.调制电路实际上是为电压比较器,它把20K的三角波信号和100HZ的馒头波信号进行比较,在两个运放的输出端分别输出二路极性相反的SPWM信号。
关键词：SPWM波文氏电桥 H桥目录摘要...................................................... (2)目录........................................................ .. (3)1 设计任务与要求........................................................ .. (4)设计任务........................................................ (4)设计要求........................................................ (4)2 方法比较与论证........................................................ .. (4)方案设计........................................................ (4)方案论证........................................................ (4)方案对比........................................................ (4)3 硬件设计........................................................ (5)文氏电桥振荡器........................................................ .. (5)精密整流电路、加法电路........................................................ ..5SPWM波发生器、同步波发生电路 (6)时序电路 (7)H桥逆变电路 (7)过流保护电路....................................................... .. (8)电源电路........................................................ (8)4 系统测试与调试........................................................ (9)信号板电路的调试........................................................ .. (9)接上H桥联调........................................................ .. (9)5 设计总结........................................................ .. (10)1、设计任务与要求设计任务设计并制作一个单相正弦波变频电源，其原理框图如图1所示。
SPWM单相变频电源设计 (3)
参考文献
❖ 系统方案
一种基于PIC系列单片机的SPWM逆变电源 单相10kVA测量用变频电源的研究
❖ 参数计算
单相10kVA测量用变频电源的研究 单相SPWM逆变电源仿真设计
❖ 算法思想
三种SPWM波形生成算法的分析与实现
❖ IR2110输入输出时序图
简 单 负 偏 压 驱 动 电 路
系统设计指标
测试项目
输出频率 输出频率可调范围 输出电压有效值 输出正弦波电压谐波总含量 DC-AC逆变器效率
过流保护 工作参数显示
基本(发挥)2±0.5V
THD≤5% 15Ω η≥70%
动作电流2.0±0.1A
驱动隔离模块IR2110
❖ IR2110基本特性参数
逻辑电源电压范围5～15V 逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量
工作频率高，可达500kHz 开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns 图腾柱输出峰值电流为2A
驱动隔离模块IR2110
❖ IR2110功能框图
驱动隔离模块IR2110
单片机
过温保护 过流保护 过压保护
单相全桥逆变电路工作原理
u UV
Ud 驱动VT1、VT4
驱动 VT1、VT4
0
驱动 VT2、VT3
t
VT1
VT3
i0
（a）负载电压
Ud
U
i0
VD1 Z
VD3 0
t
V
i0
T（b）电阻负载电流波形
T2
3T
VT2
VT4
0
4
4
T
t
VD2
VD4
VD1VD4VT1VT4VD2VD3VT2VT3
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摘要
该变频电源以ST公司的STM32F103VET6芯片为主控芯片，利用内部PWM模块生成SPWM信号，驱动全桥逆变电路，将直流电压转化为交流电压，其幅值和频率由STM32芯片内部程序控制调节。
另外本系统外接彩屏及键盘，可手动设定电源输出电压的有效值及频率，并实时显示输出电压、电流、功率和交流电压的效率。
同时该系统具有过流保护功能，可以在输出大于2A电流的情况下切断交流输入，大大增加了系统的安全性和稳定性。
Abstract
The variable frequency power to S T’s STM32F103VET6 chip for the master core internal modulation SPWM signal generation to drive full-bridge inverter circuit, the DC voltage into AC voltage, amplitude and frequency of its internal procedures by the STM32 chip control and regulation. External color screen and keyboard of the system, manually set the power output RMS voltage and frequency, and real-time display output voltage, current, power and efficiency of AC voltage. While the system has over-current protection, high current output can be cut case of AC input, improve system security and stability.
1、方案论证与选择
1.1、系统整体方案设计
整个系统以STM32F103VET6芯片为主控芯片，输出两路互补的SPWM信号，通过驱动电路驱动全桥逆变器，得到电压有效值和频率可控的交流电压。
输出端通过采样电路对电压极电流进行采样,构成闭环控制。
然后通过PID算法调节SPWM信号控制输出电压值大小，实现稳压。
考虑到STM32芯片的性能，SPWM输出采用开环控制。
输入部分由触摸屏实现，手动输入设定值。
显示部分采用彩屏输出交流电的有效电压值、电流值、频率及效率。
过流保护通过接入继电器实现，当电流大于2A的时候控制继电器切断交流电输入。
1.2、方案选择
1.2.1功率开关管选择
本设计要求能够输出电压有效值为20V，最大电流2A的交流电，采用MOSFET无疑是开关器件的最佳选择。
IRF520的最大漏源极电压为100v，导通电流为———，符合设计要求。
1.2.2 MOS管驱动电路设计
方案一：采用三极管驱动
采用分立元件组成驱动电路驱动MOS管。
但采用该方案会增加电路的复杂性，不利于电路的整体调试，且稳定性不高。
方案二：采用集成驱动芯片驱动
采用集成芯片只需简单的外围电路就能驱动MOS管，不仅简化了电路，而且稳定性强，便于调试。
IR公司的IR2110芯片最高工作电压可以达到500V，具有+120mA,-250mA的驱动能力，具有高边驱动自举电路，可以用非常简单的电路获得高边驱动电源。
从以上性能看，IR2110符合设计要求。
综上，我们选择方案二。
1.2.3信号检测电路设计
方案一：使用STM32内部AD直接检测
将输出电压、电流转换为AD可检测信号之后，使用STM32内部AD对信号进行采集，根据相应的公式计算得出相关参数。
采用该方案比较简单，缺点是需要控制器不断对采集到的数据进行大量的数学运算，减小了程序的执行效率。
方案二：外接硬件检波电路
利用二极管组成检波电路，检测交流信号的峰值之后由AD采集，利用有效值于峰值之间的比例关系计算出有效值。
采用该方案精度较高，但硬件电路过于复杂，调试起来也过于麻烦。
方案三：采用有效值转换芯片
采用专用集成芯片，将交流信号直接转变为直流有效值，供AD采集。
该方案不仅简单而且稳定性强。
采用LTC1968芯片只需外接一个电容就能完成交流值到有效值的转换，具有较高的精密度和线性度。
但该方案增加了设计成本。
综上，我们选择方案一。
1.2.4系统整体框图
系统整体框图如图1所示：
2、系统的具体实现与理论分析
2.1整流、限流电路
该模块采用两路整流分别输出，上半部分为20V输出，为最终的逆变过程提供稳定的直流供电。
下半部分为5V输出，为光耦等低电压器件提供工作电压，经1117-3.3降压后也为主控芯片STM32提供电能。
该设计能保证在输出电流过大时，只切断高电压一路，stm32仍能正常工作，保证在用户排除故障之前，不会再有输出。
滤波采用50V电解电容与一个高压瓷片电容并联完成，其中电解电容负责主要滤波，二瓷片电容辅助滤去高频杂波，经测定，输出波纹可控制在20mV以内，20V 一端加入继电器，由stm32进行控制，当输出电流过大时切断输入。
图2 整流电路
2.2 开关管驱动电路
功率管驱动采用IR公司的IR2110芯片进行驱动。
一个IR2110可以驱动一个半桥，于是采用2片IR2110进行全桥逆变器的驱动。
在该电路中自举二极管和自举电容的需取至关重要，只有选择正确驱动芯片才能正常工作。
开关管IR520充分导通所需要的栅极电荷为30nC，VCC为20V。
根据经验公式 C > 2Qg/(VCC – 10 - 1.5) 可计算得出自举电容的大小为0.00705。
于是选取0.01uF的瓷片电容。
自举二极管应该采用快恢复二极管，本电路中采用自恢复时间为75ns的MUR460作为自举二极管，经仿真测试成功。
电路如图3所示：
图3 开关管驱动电路
2.3 全桥逆变器电路
本设计采用的功率开关管IRF520内部集成自恢复二极管的情况下，所以无需外接二极管。
考虑到该设计最大功率为40W,属于小功率小容量的变频电源，对于开关管的缓冲电路可以不考虑。
于是该电路采用了最简单的电路连接成全桥逆变器。
电路如图4所示：
图4 全桥逆变器电路
2.4电压、电流采集电路
电压电流采集模块。
功率管输出正弦波后，经一段康铜丝到输出端，由于康铜丝具有精度高，压降小，温漂小等特点，故在该设计中用作采样电阻。
而电压采集部分，交流电经R2、R5分压后，经过二极管与电容的整流滤波，最终可通过R3两端的电压计算出电源电压，而整流部分只选用一个二极管，可降低功耗，采样得到的电压也是原参数的二分之一。
通过对电阻电容曲直的优化，可有效减小采样部分的功率损耗，以提高功率因数。
电路如图5所示：
图5 流、压采样电路
2.5 显示电路
显示电路采用采用彩屏显示，配合触摸使得人机交互变得更加方便。
彩屏与STM32的连接图如图6所示：
图6 TFT 彩屏接口电路
3、软件设计
系统初始化设定频率为50Hz。
根据用户输入设定值，改变SPWM输出改变电源输出。
最后根据采样电路对输出进行比较，采用PID算法对输出不断校正，以保证在负载不断改变的情况下能够输出稳定的是电压。
死区时间的设置尤为重要，设置不当就会导致电路短路，造成严重后果。
通过调节合适的死区时间，使开关管始终处于正常工作状态。
4、电路整体测试
4.1接入10欧阻性负载，调整输入端电压在198V～242V能够保证负载两端输出电压有效值应保持在20V，误差的绝对值小于5%；
4.2频率设定初始值为50Hz，可通过触摸屏输入设定值。
经测试误差在正
负3Hz内。
4.3 接入10欧阻性负载时电流实测为1.5A达到设计要求。