微網模擬系統

臧斌斌 游超 蔣誠

摘要：本系統主利用專用集成SPWM芯片EG8030產生三相SPWM波，通過半橋驅動芯片IR2104驅動功率MOS管IRF3205全橋，完成了DC-AC逆變。采用飛思卡爾公司的K60單片機控制電路，通過調節EG8030芯片的反饋深度，實現閉環調制用48V作為直流電源模擬蓄能發電系統，對主輔電路進行供電，通過濾波電路、采樣電路等低功耗模塊，實現題目要求的各項指標。

關鍵詞：SPWM波；DC-AC逆變；K60單片機；閉環調制。

一、設計方案工作原理

使用 MOS 全橋進行DC-AC 逆變，用 SPWM 調制技術，設計并制作了一種為微電網模擬系統，經過調制可以實現三相交流電的要求。整個模擬并網發電系統由K60單片機作為控制核心，用EG8030集成芯片生三相SPWM波， 經 IR2104將其放大后控制全橋輸出指定頻率波形，由 LC 濾波后經變壓器輸出。模擬裝置有控制速度快、精度高，應用范圍寬，允許誤差范圍效率高等優點。系統具有欠壓、過流保護功能。

二、 技術方案比較分析

1、設計電路方案

采用EG8030芯片，EG8030 是一款數字化的、功能完善的自帶死區控制的三相純正弦波逆變發生器芯片，外接 16MHz 晶體振蕩 器，能產生高精度、失真和諧波都很小的三相 SPWM 信號。芯片采用 CMOS 工藝，內部集成 SPWM 正弦發生器、死區時間控制電路、幅度因子乘法器、軟啟動電路。

2、控制系統方案分析比較

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為內核的32位MCU。其性能可以完全滿足題目要求。

三、系統理論分析及其計算

1、逆變器提高效率的方法

逆變電路的開關損耗主要是逆變器開關導通損耗、開關損耗、濾波電路損耗減小損耗，圍繞這個中心點，我們考慮從以下幾個方面去解決這個問題。

（1）、采用導通內阻小的開關管，IR3205是一款低內阻的MOS管，我們在符合題目要求的基礎上，采用低導通內阻的MOS，大大減小了開關損耗，提高了效率。

（2）、對于開關損耗，我們通過選用更低的電流密度；根據電路適當的調整我們的開關頻率，以達到降低開關損耗的目的。

2、濾波電路方案及參數選擇

橋式逆變產生的是三路SPWM波，所以，我們必須選擇合適可靠的濾波方案，才能得到優美的三相電流。對于濾波電路，我們選擇LC濾波電路，通過選擇合適的LC參數，構成低通濾波電路，我們借用multism 仿真軟件進行仿真，再根據電路進行合適的調整，得到了比較好的波形。

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

四、電路單元模塊設計

本系統的電路單元模塊主要由DC-AC模塊，SPWM波調制模塊，驅動電路，閉環反饋構成。

1、DC-AC主電路

IRF3205 是一款快速 MOSFET 管，漏極電流 D I 達到98A，漏源導通電阻 RDS 僅為 0.008 歐 姆，在高頻率導通關斷的工作模式下損耗低，性能非常優良。

2、EG8030三相SPWM波調制

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

3 、驅動電路

驅動電路采用 IR2104，IR2104是功率 MOSFET 和 IGBT 專用柵極驅動集成電路， IR2110 死區可調，可以防止上下管直接導通造成 H 橋的效率很低。

4、 DA反饋控制電路

閉環控制由單片機輸出不同電壓大小的DA控制EG8030的反饋深度，從而實現閉環檢測。而單片機輸出電壓最大為3.3V，所以，需要加一個運放放大器實現電壓的轉換。

四、程序設計

本系統采用EG8030芯片驅動主電路工作，用電壓互感器和整流橋對輸出端的交流信號進行采樣，然后反饋到單片機上，單片機通過PID調節算法輸出DA，控制E8030的反饋深度，以達到對輸出的控制，從而實現閉環。

五、系統測試

5.1測試環境和儀器

（1）測試環境：實驗室內，常溫常壓

（2）測試儀器：F40型數字合成函數信號發生器/計數器；

GOS 6103C 100MHZ模擬雙蹤示波器；

DH1718E-4型直流雙路跟蹤穩壓穩流電源；

5.2測試數據

（1）閉合S，僅用逆變器1向負載提供三相對稱交流電。負載線電流有效值 為2A時，測得以下數據：

逆變器1給負載供電，負載線電流有效值 為2A時，測得以下數據：