多功能電能變換系統的製作方法
2023-08-04 08:21:11 1
專利名稱：多功能電能變換系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及多功能電能變換系統，屬於電路領域。
背景技術：
在電力電子電路中，由四個開關管構成的橋式電路如圖1所示，是一類具有多功能的電路第一種功能是斬波功能，如果從所述橋式電路端子Dl和D2之間加入直流電壓，對場效應管SI和S4加入同樣的佔空比可調的PWM控制信號，並對S2和S3加入使其關閉的低電平，則所述橋式電路端子Al和A2之間可以輸出平均值可變的直流電壓；第二種功能是逆變功能，如果從所述橋式電路端子Dl和D2之間加入直流電壓，對場效應管SI和S4加入同樣的佔空比可調的PWM控制信號，並對S2和S3加入與前述信號相反的PWM控制信號，則所述橋式電路端子Al和A2之間可以輸出交變的交流電壓；第三種功能是PWM整流功能，如果從端子Al和A2之間加入交流電壓，對場效應管S1、S2、S3和S4加入適當的PWM控制信號，使其輸入電壓矢量與電網電壓矢量的夾角在正負90度之內，則端子Dl和D2之間可以輸出直流電壓，實現整流。但目前實現這三種電能變換的控制系統太過複雜，實現方案難。
發明內容
本發明目的是為了解決控制四個開關管構成的橋式電路實現斬波、逆變和整流三種電能變換的控制系統太過複雜，實現方案難的問題，提供了一種多功能電能變換系統。本發明所述多功能電能變換系統，該系統涉及的多功能電能變換電路由功率開關管S1、S2、S3和S4構成的單相橋式電路，所述單相橋式電路具有兩個橋臂，每個橋臂的兩端分別連接端子Dl和端子D2，兩個橋臂的中點分別連接端子Al和端子A2，控制所述多功能電能變換電路採用型號為C8051F020的單片機，單片機的PO. O連接起動按鈕SBO的一端，PO.1連接停止按鈕SBl的一端，PO. 2連接斬波功能按鈕SB2的一端，PO. 3連接逆變功能按鈕SB3的一端，PO. 4連接整流功能按鈕SB4的一端，起動按鈕SB0、停止按鈕SBl、斬波功能按鈕SB2、逆變功能按鈕SB3和整流功能按鈕SB4的另一端均接地；單片機的Pl. O連接功率開關管SI的柵極，Pl.1連接功率開關管S2的柵極，Pl. 2連接功率開關管S3的柵極，Pl. 3連接功率開關管S4的柵極；單片機的P2. O連接功率開關管S5的柵極，功率開關管S5的一端連接繼電器Rl線圈的一端，繼電器Rl線圈的另一端連接電源Vcc，功率開關管S5的另一端同時連接單片機的com和端子D2 ；繼電器Rl設置有四對常開常閉觸點，將所述多功能電能變換電路的端子A1、A2、D1和D2按如下連接關係進行連接控制輸入端子INl同時連接繼電器Rl的第一常開觸點的一端和第一常閉觸點的一端，繼電器Rl的第一常開觸點的另一端連接端子Al，繼電器Rl的第一常閉觸點的另一端連接端子Dl ；
控制輸入端子IN2同時連接繼電器Rl的第二常開觸點的一端和第二常閉觸點的一端，繼電器Rl的第二常開觸點的另一端連接端子A2，繼電器Rl的第二常閉觸點的另一端連接端子D2 ；控制輸出端子OUTl同時連接繼電器Rl的第三常開觸點的一端和第三常閉觸點的一端，繼電器Rl的第三常開觸點的另一端連接端子D1，繼電器Rl的第三常閉觸點的另一端連接端子Al ；控制輸出端子0UT2同時連接繼電器Rl的第四常開觸點的一端和第四常閉觸點的一端，繼電器Rl的第四常開觸點的另一端連接端子D2，繼電器Rl的第四常閉觸點的另一端連接端子A2 ；控制輸入端子INl和控制輸入端子IN2作為多功能電能變換電路的輸入埠，控制輸出端子OUTl和控制輸出端子0UT2作為多功能電能變換電路的輸出埠，單片機中嵌入斬波軟體模塊、逆變軟體模塊和整流軟體模塊，斬波軟體模塊的啟動條件多功能電能變換電路的輸入埠接入直流電源，並按下起動按鈕SBO，斬波軟體模塊的軟體流程為步驟Al、檢測單片機PO. 2接收的信號，當該信號為O時，執行步驟A2 ；步驟A2、單片機控制Pl. O和Pl. 3輸出同樣的佔空比可調的PWM控制信號，控制Pl.1和Pl. 2輸出恆定低電平，控制P2. O輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出埠輸出平均值可變的直流電壓，實現斬波功能；步驟A3、檢測單片機PO.1接收的信號，當該信號為I時，返回執行步驟A2，否則，停止運行；逆變軟體模塊的啟動條件多功能電能變換電路的輸入埠接入直流電源，並按下起動按鈕SBO，逆變軟體模塊的軟體流程為步驟B1、檢測單片機PO. 3接收的信號，當該信號為O時，執行步驟B2 ；步驟B2、單片機控制Pl. O和Pl. 3輸出同樣的佔空比可調的PWM控制信號，控制Pl.1和Pl. 2輸出與給Pl. O相反的PWM控制信號，控制P2. O輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出埠輸出交變的交流電壓，實現逆變功能；步驟B3、檢測單片機PO.1接收的信號，當該信號為I時，返回執行步驟B2，否則，
停止運行；整流軟體模塊的啟動條件多功能電能變換電路的輸入埠接入交流電源，並按下起動按鈕SBO ；整流軟體模塊的軟體流程為步驟Cl、檢測單片機PO. 4接收的信號，當該信號為O時，執行步驟C2 ；步驟C2、單片機控制Pl. O、Pl.1、Pl. 2和Pl. 3輸出PWM控制信號，使其輸入電壓矢量與電網電壓矢量的夾角在±90度之內；控制P2. O輸出高電平；多功能電能變換電路的輸出埠輸出直流電壓，實現整流功能；步驟C3、檢測單片機PO.1接收的信號，當該信號為I時，返回執行步驟C2，否則，
停止運行。
本發明的優點(I)節省電路元器件和安放空間；(2)各種功能的轉換由微處理器系統自動實現，控制方案簡單明了 ；(3)採用本發明方案為核心可構成多功能電源。
圖1是本發明所述多功能電能變換電路圖；圖2是輸入輸出轉換電路示意圖；圖3是多功能電能變換電路的控制圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式所述多功能電能變換系統，該系統涉及的多功能電能變換電路由功率開關管S1、S2、S3和S4構成的單相橋式電路，所述單相橋式電路具有兩個橋臂，每個橋臂的兩端分別連接端子Dl和端子D2，兩個橋臂的中點分別連接端子Al和端子A2，控制所述多功能電能變換電路採用型號為C8051F020的單片機，單片機的PO. O連接起動按鈕SBO的一端，PO.1連接停止按鈕SBl的一端，PO. 2連接斬波功能按鈕SB2的一端，PO. 3連接逆變功能按鈕SB3的一端，PO. 4連接整流功能按鈕SB4的一端，起動按鈕SB0、停止按鈕SBl、斬波功能按鈕SB2、逆變功能按鈕SB3和整流功能按鈕SB4的另一端均接地；單片機的Pl. O連接功率開關管SI的柵極，Pl.1連接功率開關管S2的柵極，Pl. 2連接功率開關管S3的柵極，Pl. 3連接功率開關管S4的柵極；單片機的P2. O連接功率開關管S5的柵極，功率開關管S5的一端連接繼電器Rl線圈的一端，繼電器Rl線圈的另一端連接電源Vcc，功率開關管S5的另一端同時連接單片機的com和端子D2 ；繼電器Rl設置有四對常開常閉觸點，將所述多功能電能變換電路的端子A1、A2、D1和D2按如下連接關係進行連接控制輸入端子INl同時連接繼電器Rl的第一常開觸點的一端和第一常閉觸點的一端，繼電器Rl的第一常開觸點的另一端連接端子Al，繼電器Rl的第一常閉觸點的另一端連接端子Dl ；控制輸入端子IN2同時連接繼電器Rl的第二常開觸點的一端和第二常閉觸點的一端，繼電器Rl的第二常開觸點的另一端連接端子A2，繼電器Rl的第二常閉觸點的另一端連接端子D2 ；控制輸出端子OUTl同時連接繼電器Rl的第三常開觸點的一端和第三常閉觸點的一端，繼電器Rl的第三常開觸點的另一端連接端子D1，繼電器Rl的第三常閉觸點的另一端連接端子Al ；控制輸出端子0UT2同時連接繼電器Rl的第四常開觸點的一端和第四常閉觸點的一端，繼電器Rl的第四常開觸點的另一端連接端子D2，繼電器Rl的第四常閉觸點的另一端連接端子A2 ；控制輸入端子INl和控制輸入端子IN2作為多功能電能變換電路的輸入埠，控制輸出端子OUTl和控制輸出端子0UT2作為多功能電能變換電路的輸出埠，單片機中嵌入斬波軟體模塊、逆變軟體模塊和整流軟體模塊，斬波軟體模塊的啟動條件多功能電能變換電路的輸入埠接入直流電源，並按下起動按鈕SBO，斬波軟體模塊的軟體流程為步驟Al、檢測單片機PO. 2接收的信號，當該信號為O時，執行步驟A2 ；步驟A2、單片機控制Pl. O和Pl. 3輸出同樣的佔空比可調的PWM控制信號，控制Pl.1和Pl. 2輸出恆定低電平，控制P2. O輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出埠輸出平均值可變的直流電壓，實現斬波功能；步驟A3、檢測單片機PO.1接收的信號，當該信號為I時，返回執行步驟A2，否則，停止運行；逆變軟體模塊的啟動條件多功能電能變換電路的輸入埠接入直流電源，並按下起動按鈕SBO，逆變軟體模塊的軟體流程為步驟B1、檢測單片機PO. 3接收的信號，當該信號為O時，執行步驟B2 ；步驟B2、單片機控制Pl. O和Pl. 3輸出同樣的佔空比可調的PWM控制信號，控制Pl.1和Pl. 2輸出與給Pl. O相反的PWM控制信號，控制P2. O輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出埠輸出交變的交流電壓，實現逆變功能；步驟B3、檢測單片機PO.1接收的信號，當該信號為I時，返回執行步驟B2，否則，
停止運行；整流軟體模塊的啟動條件多功能電能變換電路的輸入埠接入交流電源，並按下起動按鈕SBO ；整流軟體模塊的軟體流程為步驟Cl、檢測單片機PO. 4接收的信號，當該信號為O時，執行步驟C2 ；步驟C2、單片機控制Pl. O、Pl.1、Pl. 2和Pl. 3輸出PWM控制信號，使其輸入電壓矢量與電網電壓矢量的夾角在±90度之內；控制P2. O輸出高電平；多功能電能變換電路的輸出埠輸出直流電壓，實現整流功能；步驟C3、檢測單片機PO.1接收的信號，當該信號為I時，返回執行步驟C2，否則，
停止運行。多功能電能變換電路系統的工作原理是在使用本系統所具有的三種功能時，先要按電能輸入情況分別連上適當的直流電源或交流電源，然後就按起動按鈕SB0，單片機就可以接收外部的功能按鈕的指令；當斬波功能按鈕SB2被按下後，單片機程序會識別出來，並對功率開關管SI和S4加入同樣的佔空比可調的PWM控制信號，並對S2和S3加入使其關閉的低電平，且在I/O端P2. O加低電平，則用於驅動繼電器Rl的S5處於截止狀態，而使端子OUTl和端子0UT2之間(即多功能電能變換電路的輸出埠)可以輸出平均值可變的直流電壓；當逆變功能按鈕SB3被按下後，單片機程序會識別出來，對SI和S4加入同樣的佔空比可調的PWM控制信號，並對S2和S3加入與前述信號相反的PWM控制信號，且在I/O端P2. O加低電平，則繼電器Rl驅動S5處於截止狀態，則多功能電能變換電路的輸出埠可以輸出交變的交流電壓；當整流功能SB4按鈕被按下後，單片機程序會識別出來，對S1、S2、S3和S4加入適當的PWM控制信號，使其輸入電壓矢量與電網電壓矢量的夾角在正負90度之內，且在I/0端P2. O加高電平，則多功能電能變換電路的輸出埠可以輸出直流電壓；當停止按鈕SBl按下後，單片機程序退出識別功能按鍵狀態，系統停止。
具體實施方式
二 本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述功率開關管採用IGBT或場效應管來實現。
權利要求
1.多功能電能變換系統，該系統涉及的多功能電能變換電路由功率開關管S1、S2、S3和S4構成的單相橋式電路，所述單相橋式電路具有兩個橋臂，每個橋臂的兩端分別連接端子Dl和端子D2，兩個橋臂的中點分別連接端子Al和端子A2， 其特徵在於，控制所述多功能電能變換電路採用型號為C8051F020的單片機，單片機的P0.0連接起動按鈕SBO的一端，P0.1連接停止按鈕SBl的一端，P0.2連接斬波功能按鈕SB2的一端，P0.3連接逆變功能按鈕SB3的一端，P0.4連接整流功能按鈕SB4的一端，起動按鈕SB0、停止按鈕SBl、斬波功能按鈕SB2、逆變功能按鈕SB3和整流功能按鈕SB4的另一端均接地； 單片機的Pl.0連接功率 開關管SI的柵極，Pl.1連接功率開關管S2的柵極，Pl.2連接功率開關管S3的柵極，Pl.3連接功率開關管S4的柵極； 單片機的P2.0連接功率開關管S5的柵極，功率開關管S5的一端連接繼電器Rl線圈的一端，繼電器Rl線圈的另一端連接電源Vcc，功率開關管S5的另一端同時連接單片機的com和端子D2 ； 繼電器Rl設置有四對常開常閉觸點， 將所述多功能電能變換電路的端子A1、A2、D1和D2按如下連接關係進行連接: 控制輸入端子INl同時連接繼電器Rl的第一常開觸點的一端和第一常閉觸點的一端，繼電器Rl的第一常開觸點的另一端連接端子Al，繼電器Rl的第一常閉觸點的另一端連接端子Dl ； 控制輸入端子IN2同時連接繼電器Rl的第二常開觸點的一端和第二常閉觸點的一端，繼電器Rl的第二常開觸點的另一端連接端子A2，繼電器Rl的第二常閉觸點的另一端連接端子D2 ； 控制輸出端子OUTl同時連接繼電器Rl的第三常開觸點的一端和第三常閉觸點的一端，繼電器Rl的第三常開觸點的另一端連接端子D1，繼電器Rl的第三常閉觸點的另一端連接端子Al ； 控制輸出端子0UT2同時連接繼電器Rl的第四常開觸點的一端和第四常閉觸點的一端，繼電器Rl的第四常開觸點的另一端連接端子D2，繼電器Rl的第四常閉觸點的另一端連接端子A2 ； 控制輸入端子INl和控制輸入端子IN2作為多功能電能變換電路的輸入埠，控制輸出端子OUTl和控制輸出端子0UT2作為多功能電能變換電路的輸出埠， 單片機中嵌入斬波軟體模塊、逆變軟體模塊和整流軟體模塊， 斬波軟體模塊的啟動條件:多功能電能變換電路的輸入埠接入直流電源，並按下起動按鈕SBO， 斬波軟體模塊的軟體流程為: 步驟Al、檢測單片機P0.2接收的信號，當該信號為O時，執行步驟A2 ； 步驟A2、單片機控制Pl.0和Pl.3輸出同樣的佔空比可調的PWM控制信號，控制Pl.1和Pl.2輸出恆定低電平，控制P2.0輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出埠輸出平均值可變的直流電壓，實現斬波功能； 步驟A3、檢測單片機P0.1接收的信號，當該信號為I時，返回執行步驟A2，否則，停止運行；逆變軟體模塊的啟動條件:多功能電能變換電路的輸入埠接入直流電源，並按下起動按鈕SBO， 逆變軟體模塊的軟體流程為: 步驟B1、檢測單片機P0.3接收的信號，當該信號為O時，執行步驟B2 ； 步驟B2、單片機控制Pl.0和Pl.3輸出同樣的佔空比可調的PWM控制信號，控制Pl.1和Pl.2輸出與給Pl.0相反的PWM控制信號，控制P2.0輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出埠輸出交變的交流電壓，實現逆變功能； 步驟B3、檢測單片機P0.1接收的信號，當該信號為I時，返回執行步驟B2，否則，停止運行； 整流軟體模塊的啟動條件:多功能電能變換電路的輸入埠接入交流電源，並按下起動按鈕SBO ； 整流軟體模塊的軟體流程為: 步驟Cl、檢測單片機P0.4接收的信號，當該信號為O時，執行步驟C2 ； 步驟C2、單片機控制Pl.0、Pl.K Pl.2和Pl.3輸出PWM控制信號，使其輸入電壓矢量與電網電壓矢量的夾角在±90度之內；控制P2.0輸出高電平；多功能電能變換電路的輸出埠輸出直流電壓，實現整流功能； 步驟C3、檢測單片機P0.1接收的信號，當該信號為I時，返回執行步驟C2，否則，停止運行。
2.根據權利要求1所述多功能電能變換系統，其特徵在於，所述功率開關管採用IGBT或場效應管來實現。
全文摘要
多功能電能變換系統，屬於電路領域，本發明為解決控制四個開關管構成的橋式電路實現斬波、逆變和整流三種電能變換的控制系統太過複雜，實現方案難的問題。本發明多功能電能變換系統包括硬體和軟體兩大部分，硬體包括單相橋式電路和輸入輸出轉換電路，輸入輸出電路與單相橋式電路的端子建立連接，採用單片機對單相橋式電路進行控制，單片機中嵌入斬波軟體模塊、逆變軟體模塊和整流軟體模塊，自動實現斬波、逆變和整流三種功能的控制和切換，控制方案簡單明了。
文檔編號H02M11/00GK103078550SQ20131001744
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者王丁 申請人:黑龍江大學