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毕 业 设 计 开 题 报 告 基于 IGBT 的变频电源设计 系系 别 别 电子工程系 班班 级 级 应用电子技术教育 0201 学生姓名 学生姓名 梁贵海 指导教师 指导教师 李 杰 2006 年 11 月 9 日 1 毕业论文开题报告 课题题目基于 IGBT 的变频电源设计 课题性质 A B C D E 课题来源 A B C D 成果形式 A B C D E 同组同学无 开题报告内容 可另附页 指导教师意见 课题难度是否适中 工作量是否饱满 进度安排是否合理 工作条件是 否具备等 指导教师签名 月 日 专家组及系里意见 选题是否适宜 各项内容是否达到毕业设计 论文 大纲要求 整 改意见等 专家组成员签字 教学主任 签章 月 日 2 附页 开题报告 基于 IGBT 的变频电源设计 一 选题依据 电源设备广泛应用于科学研究 经济建设 国防设施及人民生活等各个方面 是 电子设备和机电设备的基础 它与国民经济各个部门相关 在工农业生产中应用的最 为广泛 可以说 凡是涉及电子和电工技术的一切领域都要用到电源设备 它不仅提 供优质电能 还对科学技术的发展产生巨大的影响 所有用电设备对供电电压 频率 功率都有一定的要求 如一般的电子设备要求 电网 220V 电压的变化在 10 以内频率 50Hz 供电系统的功率要足够的大 如果达不 到这个要求 设备就不能保证正常工作 甚至可能损坏 一些精密电子仪器对电压稳 定 频率 功率的要求更为严格 变频电源正是为满足负载的稳压 频率 功率需求 而产生的 其功能是在输入电压或负载在一定范围内变化时自动保持输出电压 功率 基本不变并且频率不随负载的性质而变化 变频电源已形成了一个独立的技术领域和 一个巨大的市场 在工业 科研 国防等各个方面得到越来越广泛的应用 现在 电源技术的发展使得用新型 高效的开关电源取代传统电源已成为必然 传统的稳压电源一般都是线性电源 这种电源效率低 体积大 随着技术的发展 开 关电源的开关频率越来越高 使得电源的小型 轻量化成为可能 电源工作在开关状 态 从原理上讲是低损耗的 本课题设计的基于 IGBT 的变频电源设计就是用新型的 开关电源取代传统电源 其特点就是效率高 体积小 保护完善等 变频电源的分类 根据输出波形方式 可分为正弦波 方波 三角波等 根据输出功率大小方式 可分为大功率 中功率 小功率等 二 变频电源组成 电源功能及整体结构 市电单相电压 220V 经整流滤波后供给逆变电路 IGBT 在驱动信号作用下将整 流滤波后的直流电变成一定电压 一定频率的交流电 经隔离滤波后供给负载 输出 电压经过取样后送给单片机处理 单片机对取样信号经控制算法处理后输出修正后的 SPWM 控制信号 使输出电压稳定在所设定的期望值上 电源的基本功能有 输出电 3 压的显示 过热 过载保护等 电源整体结构图及功能如下图所示 图4 电源整体结构图 三 关键技术 1 IGBT 特性对驱动电路的要求 1 提供适当的正反向电压 使 IGBT 能可靠地开通和关断 当正偏压增大时 IGBT 通态压降和开通损耗均下降 但若 UGE过大 则负载短路时其 IC随 UGE增大而增大 对其 安全不利 使用中选 UGE 15V 为好 负偏电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使 IGBT 误导通 一般选 UGE 5V 为宜 2 IGBT 的开关时间应综合考虑 快速开通和关断有利于提高工作频率 减小开关损 耗 但在大电感负载下 IGBT 的开频率不宜过大 因为高速开断和关断会产生很高的尖 峰电压 及有可能造成 IGBT 自身或其他元件击穿 3 IGBT 开通后 驱动电路应提供足够的电压 电流幅值 使 IGBT 在正常工作及过 载情况下不致退出饱和而损坏 4 驱动电路应具有对 IGBT 的保护功能 IGBT 的控制 驱动及保护电路等应与其高 速开关特性相匹配 在未采取适当的防静电措施情况下 G E 段不能开路 电压显示 电源电路 2 EMI 滤波整流滤波电压可调 电压采集显示驱动单片机 驱动电路 桥式逆变 输出滤波 单片机产 生 SPWM 生 chacheng 生 电源电路 1 输出 AC 4 5 SPWM 波的产生 利用单片机用软件产生一个 SPWM 波送给 IGBT 的驱动电路 2 硬件方案 一般情况下 电源技术的主要内容包括以下几个部分 电力电子器件 功率变换 电路 电源整机及系统等 1 电力电子器件 1 不控性器件 主要是各种功率二极管 包括工频下工作的整流管 整流桥模块 快恢复二极管 功率肖特基二极管等 2 全控型器件 其控制端不但具有控制器件导通的能力 还有控制其关断的能力 例 如双极型功率晶体管 GTR 功率场效应晶体管 MOSFET 可关断晶闸管 GTO 还有新 型的绝缘门极双极晶体管 IGBT 静电感应晶体管 SIT 等 2 功率变换技术 从电能变换功能来看 有下列二类 1 AC DC 将交流电变为直流电 实现这一功能的变换电路一般称为整流电路 2 DC AC 变换 将直流电变为交流电 实现这一功能的变换电路一般称为逆变电 路 3 控制方式 在变换过程中 使 IGBT 功率器件工作在开关状态 在控制信号作用下按设定的 时序轮流导通 关断 从而实现电能的变换 对于控制 IGBT 功率器件工作在开关状 态方式 可以归纳出下列二种 1 频率控制方式 指控制信号幅度的变化转换成功率器件的触发脉冲频率的变 化 在逆变电源中常用这种控制方式 2 斩波控制方式 指控制信号幅度的变化转换成功率器件 导通时间比 的变 化 在直流变换电路中常用这种控制方式 本设计使用以上两种组合方式 构成正弦波脉冲宽度调制方式 SPWM 这是交流 变换器中常用的方式 5 3 软件方案 图 2 软件控制主程序流程 图 3 软件控制子程序流程 四 主要技术指 1 IGBT SPWM 脉波宽度调变方式 2 单相交流输入电压 AC220V 10 频率 50 60Hz 5 3 65V 115V 400Hz 正弦波交流输出 4 LED 四位数码管显示电压 预期可以达到输出一个 220V 400Hz 无明显失真的正弦波信号 IGBT 的驱动能力 为 100W 并且具有完善的保护措施的变频电源 装载定时器 初始化 开中断 结束 关中断 输出口取反 中断入口 重新装载定时器 开中断 退出中断 6 五 准备情况及进度计划 序号毕业设计阶段性工作及成果时间安排 1 查找资料 确定方案早期进入阶段 2 了解毕业设计涉及的问题 及硬件电路的基本设 计 1 周 3 学习单片机的相关知识2 周 4 购买元器件及焊接一些单元电路3 4 周 5 调试电路板5 6 周 6 调试硬件和软件 完成系统的组合7 9 周 7 完成毕业论文 答辩10 12 周 六 参考文献 1 张燕宾 SPWM 变频调速应用技术 北京 机械工业出版社 2003 2 钟福金 钱昱明 面积等效法生成SPWM波形的控制算法及软件研究 电气自动化 1999 6 14 18 3 童诗白主编 模拟电子技术基础 北京 高等教育出版社 1998 4 周志敏 周纪海等 IGBT 和 IPM 及其应用电路 北京 人民邮电出版社 2006 5 WU Xunwei HANG Guoqiang Massoud Pedram Low power DC circuits employing AC power supply SCIENCE IN CHINA INFORMATION SCIENCES 2002 Vol 45 No 3 232 6 陈国呈 PWM变频调速技术 北京 机械工业出版社 1999 7 刘瑞新 赵全利等 单片机原理及应用教程 北京 机械工业出版社 2003 8 梅丽风 王艳秋等 单片机原理及接口技术 北京 清华大学出版社 2004 9 李广弟 朱月秀等 单片机基础 北京 北京航空航天大学出版社 2001 10 徐爱钧 8051 单片机实践教程 北京 电子工业出版社 2001 年 11 康华光 邹寿彬 电子技术基础 数字部分 北京 高等教育出版社 2003 12 秦玲 刘敬波 一种用于 D A 转换电路的带隙基准电压源的设计 电子设计应 用 2006 5 35 42 13 吴国经 单片机应用技术 北京 中国电力出版社 2004 14 吴