微網(wǎng)模擬系統(tǒng)

臧斌斌 游超 蔣誠

摘要：本系統(tǒng)主利用專用集成SPWM芯片EG8030產(chǎn)生三相SPWM波，通過半橋驅(qū)動(dòng)芯片IR2104驅(qū)動(dòng)功率MOS管IRF3205全橋，完成了DC-AC逆變。采用飛思卡爾公司的K60單片機(jī)控制電路，通過調(diào)節(jié)EG8030芯片的反饋深度，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)制用48V作為直流電源模擬蓄能發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)主輔電路進(jìn)行供電，通過濾波電路、采樣電路等低功耗模塊，實(shí)現(xiàn)題目要求的各項(xiàng)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：SPWM波；DC-AC逆變；K60單片機(jī)；閉環(huán)調(diào)制。

一、設(shè)計(jì)方案工作原理

使用 MOS 全橋進(jìn)行DC-AC 逆變，用 SPWM 調(diào)制技術(shù)，設(shè)計(jì)并制作了一種為微電網(wǎng)模擬系統(tǒng)，經(jīng)過調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)三相交流電的要求。整個(gè)模擬并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由K60單片機(jī)作為控制核心，用EG8030集成芯片生三相SPWM波， 經(jīng) IR2104將其放大后控制全橋輸出指定頻率波形，由 LC 濾波后經(jīng)變壓器輸出。模擬裝置有控制速度快、精度高，應(yīng)用范圍寬，允許誤差范圍效率高等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)具有欠壓、過流保護(hù)功能。

二、 技術(shù)方案比較分析

1、設(shè)計(jì)電路方案

采用EG8030芯片，EG8030 是一款數(shù)字化的、功能完善的自帶死區(qū)控制的三相純正弦波逆變發(fā)生器芯片，外接 16MHz 晶體振蕩 器，能產(chǎn)生高精度、失真和諧波都很小的三相 SPWM 信號(hào)。芯片采用 CMOS 工藝，內(nèi)部集成 SPWM 正弦發(fā)生器、死區(qū)時(shí)間控制電路、幅度因子乘法器、軟啟動(dòng)電路。

2、控制系統(tǒng)方案分析比較

采用以k60為核心的控制，K60是飛思卡爾公司推出的以ARM-CORTEX-M4為內(nèi)核的32位MCU。其性能可以完全滿足題目要求。

三、系統(tǒng)理論分析及其計(jì)算

1、逆變器提高效率的方法

逆變電路的開關(guān)損耗主要是逆變器開關(guān)導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗、濾波電路損耗減小損耗，圍繞這個(gè)中心點(diǎn)，我們考慮從以下幾個(gè)方面去解決這個(gè)問題。

（1）、采用導(dǎo)通內(nèi)阻小的開關(guān)管，IR3205是一款低內(nèi)阻的MOS管，我們?cè)诜项}目要求的基礎(chǔ)上，采用低導(dǎo)通內(nèi)阻的MOS，大大減小了開關(guān)損耗，提高了效率。

（2）、對(duì)于開關(guān)損耗，我們通過選用更低的電流密度；根據(jù)電路適當(dāng)?shù)恼{(diào)整我們的開關(guān)頻率，以達(dá)到降低開關(guān)損耗的目的。

2、濾波電路方案及參數(shù)選擇

橋式逆變產(chǎn)生的是三路SPWM波，所以，我們必須選擇合適可靠的濾波方案，才能得到優(yōu)美的三相電流。對(duì)于濾波電路，我們選擇LC濾波電路，通過選擇合適的LC參數(shù)，構(gòu)成低通濾波電路，我們借用multism 仿真軟件進(jìn)行仿真，再根據(jù)電路進(jìn)行合適的調(diào)整，得到了比較好的波形。

通過我們的計(jì)算可知，有當(dāng)L=2mh，再加上兩個(gè)1ufde CBB電容時(shí)，構(gòu)成的低通濾波器比較好。截止頻率f=2000Hz，波形畸變比較小。

四、電路單元模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的電路單元模塊主要由DC-AC模塊，SPWM波調(diào)制模塊，驅(qū)動(dòng)電路，閉環(huán)反饋構(gòu)成。

1、DC-AC主電路

IRF3205 是一款快速 MOSFET 管，漏極電流 D I 達(dá)到98A，漏源導(dǎo)通電阻 RDS 僅為 0.008 歐 姆，在高頻率導(dǎo)通關(guān)斷的工作模式下?lián)p耗低，性能非常優(yōu)良。

2、EG8030三相SPWM波調(diào)制

EG8030 是一款數(shù)字化的、功能完善的自帶死區(qū)控制的三相純正弦波逆變發(fā)生器芯片，外接 16MHz 晶體振蕩 器，能產(chǎn)生高精度、失真和諧波都很小的三相 SPWM 信號(hào)。

3 、驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路采用 IR2104，IR2104是功率 MOSFET 和 IGBT 專用柵極驅(qū)動(dòng)集成電路， IR2110 死區(qū)可調(diào)，可以防止上下管直接導(dǎo)通造成 H 橋的效率很低。

4、 DA反饋控制電路

閉環(huán)控制由單片機(jī)輸出不同電壓大小的DA控制EG8030的反饋深度，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)檢測(cè)。而單片機(jī)輸出電壓最大為3.3V，所以，需要加一個(gè)運(yùn)放放大器實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換。

四、程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用EG8030芯片驅(qū)動(dòng)主電路工作，用電壓互感器和整流橋?qū)敵龆说慕涣餍盘?hào)進(jìn)行采樣，然后反饋到單片機(jī)上，單片機(jī)通過PID調(diào)節(jié)算法輸出DA，控制E8030的反饋深度，以達(dá)到對(duì)輸出的控制，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。

五、系統(tǒng)測(cè)試

5.1測(cè)試環(huán)境和儀器

（1）測(cè)試環(huán)境：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，常溫常壓

（2）測(cè)試儀器：F40型數(shù)字合成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器/計(jì)數(shù)器；

GOS 6103C 100MHZ模擬雙蹤示波器；

DH1718E-4型直流雙路跟蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源；

5.2測(cè)試數(shù)據(jù)

（1）閉合S，僅用逆變器1向負(fù)載提供三相對(duì)稱交流電。負(fù)載線電流有效值 為2A時(shí)，測(cè)得以下數(shù)據(jù)：

逆變器1給負(fù)載供電，負(fù)載線電流有效值 為2A時(shí)，測(cè)得以下數(shù)據(jù)：