可充电的新型正弦波逆变电源.doc

可充电的新型正弦波逆变电源中文摘要本课题充分剖析了当前逆变电源的种类，运用PID算法，用PIC16F876A单片机简化了电路，并实现了充电功能，是目前国内性能价格比较高的逆变电源系统，具有极高的市场推广价值。一、前言 根据国家权威部门预测，中国在近4年内将持续遭受“电荒”，因此目前能源行业呈现出蓬勃发展的态势，而在整个能源行业，逆变电源和UPS站着了主导地位。因受到高额经济利益的驱使，目前市场上此类产品鱼龙混杂，价格高低不等，使最终用户无法选择。为了普及相关知识，使每个用户都能变成一个“懂行”“识货人”，让用户能买到物有所值的产品，特在此赘述一下相关知识。二、逆变电源和UPS的区别传统的逆变电源是把储存在电能容器（例如蓄电池）的直流电能变为日常常用的220V（或380V）交流电力；而UPS的汉语意思为“不间断电源”，是英语“Uninterruptable Power Supply”的缩写，它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能 够紧急存盘，避免数据丢失。顾名思义，平时UPS设备一直接在交流电源上，保持备用工作状态（或在线方式），当市电停电后，立即转为逆变供电。在设计上的区别为：逆变电源考虑到长时间连续运行，而UPS则是短时间运行。影响到电路结构、性能上则为：同容量的UPS的功率元器件和散热结构明显小于逆变电源，因而体现在价格上可能同容量的UPS价格与逆变电源相接近。曾经有人想把UPS用做为逆变电源，根据上述分析和实际测试，证明此方案绝不可行。目前逆变电源随着市场的发展需要也带有充电、市电转换功能的了，功能接近了UPS。或许有人会问，不可以选择在线式UPS吗？方案是可行的，但从整个中国国情来看，在线式UPS的高昂的投资费用，使得它仅能在为数不多的行业中选用，如通信、供电、金融系统等。三、逆变电源的分类逆变电源按照输出波形可分为：方波和正弦波两大类；按照工作频率可分为高频方式和低频方式；按照主电路工作方式可分为推挽方式、半桥方式、全桥方式；按控制方式可分为模拟型和单片机控制型的。目前市场上有一款称做修正正弦波的电源，其实就是方波的一种，和正弦波无法相比。因高频开关方式的逆变电源保护功能未完善，高频变压器制造工艺要求较复杂，容易损坏，在国内很少有成熟的产品，故市场上大家可以有部分地区在抛售高频逆变电源；而新一代的带单片机控制的方波逆变电源（修正方波），因保护功能完善、价格比较低廉，故在市场上占据了主导地位。但方波逆变电源低频干扰能量脉冲较大，故不适宜使用在感性、容性或精密仪器等负载情况，此时，只有选择使用正弦波逆变电源了，但普通的正弦波逆变电源价格较贵，用户很难接受此价格，如何在产品性能和市场接受价格之间寻求一个平衡点呢？本文介绍一种纯正弦波逆变电源的制作，制作成本和普通的方波逆变电源相差无几，因而具有极高的市场推广价值。四、原理图及原理分析电路原理如下：图中，单片机为PIC16F876A，此款单片机为哈佛结构、精简指令，200ns/指令周期，368个RAM，256个E2PROM，14个中断源，8级硬件堆栈，2个10BIT的PWM，多通道的10BIT A/D转化，内置看门狗等，详细技术资料请查阅微晶公司的网站。输出驱动集成电路为HIP4081A，此款驱动电路工作电压为12V，最高驱动电压电路可为95V，内置泵电源结构，可直接驱动N-MOS全桥功率电路，典型的开关时间为40ns。电路中，R1和D1组成了防反接电路，只有系统在检测输入正常后，才在U3的28脚输出一个高电平，通过R22和Q5来吸合RL1继电器，RL1主开关接通，C1、C2、C3、C4滤除直流电源线路上的高、低频纹波，U1为稳压三端，提供给单片机+5V工作电源。市电检测：市电通过R28、R29分压、限流后加至U5、U6俩个光耦上，如正常，则U3的27脚始终为低电平，单片机自动转入充电程式。充电控制：市电输入正常后，单片机的26脚输出一个高电平，通过R26、Q7来吸合RL3继电器，市电通过C19、C20、C21、T2、C22滤波网络后输出至负载。单片机的25脚输出一个高电平，通过R25、Q6来吸合RL2继电器，市电通过R33限流电阻加到变压器T1上，同时，单片机的11脚输出一个高电平，关断U2，此时，Q1、Q2、Q3、Q4体内的续流二极管组成的全桥整流电路对外接的蓄电池进行充电，电瓶电充满后，单片机的25脚输出一个低电平，释放RL2。市电、逆变转换：当单片机检测到停电（即27脚为高电平）后，释放RL2、RL3继电器，同时单片机的11脚输出低电平，启动逆变程序。逆变过程：单片机通过U3的11脚输出一个低电平来选通U2，U3的12、13脚输出经过PID处理过的两路SPWM脉冲组，输入到U5的5、6脚，经内部逻辑电路处理，分别驱动Q1、Q2、Q3、Q4全桥功率电路，R4、R5、R6、R7为放自激振荡电路；输入低压直流经T1变压器变换后，变成高压的SPWM脉冲群，T1的次级波形如下所示：局部展开后的波形为：经C21、T2、C22组成的高频滤波电路滤波后，输出波形如下所示：输出电压经T3降压变换，D7-D10桥式整流，R27、R24、R23、C17组成的低通滤波回路后，送至U3的4脚，经10BIT的A/D转化后，与标准值进行比较、运算，PID算法处理后，来控制、调整内部的两路PWM输出占空比，从而控制输出电压的稳定和输出波形的不畸变。D4、R16、R17、C12组成了直流电流取样回路，经U3的2脚输入，同样经10BIT的A/D转化后，与标准值进行比较、运算，实时检测过流和过载情况。R20、R19、R21、C16组成D4组成了直流电压采样回路，经U4的3脚输入后同样经10BIT的A/D转化后，与标准值进行比较、运算，实时检测欠压和超压情况。R7、C10延时滤波电路，提供了高电平，使U2能正常工作，D2、C5和D3、C7构成了两组自举升压电路，为桥式电路的两个上臂N-MOS管提供了驱动电源。T1采用高导磁率、低矫顽力的环形变压器，此变压器具有体积小、重量轻，抗偏磁能力较强等特点，同时还有制造工艺简单、成本比较低廉、抗短时间短路能力较强等特点。U4的外围电路组成了直流电流取样放大、比较电路。五、系统流程图系统的流程图如下：系统初始化Y输入市电电压正常否？N充电控制启动逆变程序、缓启动N告警输出电压、电流检测，正常否？Y输出电压采样、误差计算PID算法、处理调节PWM输出占空比结论：此正弦波逆变电源采用SPWM技术，输出电压波形为纯正弦波，具有瞬态响应好、无波形失真、输出电压和频率稳定等特点，并同时具有极佳的EMI指标。本电源设有直流输入过、欠压保护，交流输出过载、短路以及机内过热保护等一系列保护措施，使电源的各项性能指标和可靠性具有足够的技术保证。并且，本机自带充电功能，可大电流对电瓶进行充电，极大、合