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1、 毕 业 设 计 开 题 报 告 基于IGBT的变频电源设计 系 别： 班 级： 学生姓名： 指导教师： 20 年 月 日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
2、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
3、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：l 根据输出波形方式，可分为正弦波、方波、三角波等。l 根据输出功率大小
4、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：电源电路2EMI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电压显示图4 电源整体结构图
5、 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UGE15V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
6、，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，GE段不能开路。(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
7、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
8、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。 3.软件方案：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装载定时器初始化开中断结束 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 AC220V10% 频率 50/60Hz5%（3） 65V-115V/400Hz正弦波交流输出（4） LED
9、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。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
10、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
11、.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,200312 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,200414 吴运昌.模拟集成电路原理与应用.广东:华南理工大学出版社,2001.15 高吉祥,黄智伟等.数字电子技术.北京:电子工业出版社,2003.16 吴金戎.8051单片机实践与应用.北京:清华大学出版社,2002.17 李序葆,赵永健.电力电子器件及其应用.北京:机械工业出版社,2003.18 王志良.电力电子新器件及其应用技术.北京:国防工业出版社,1995.
