專利名稱：多功能電能變換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多功能電能變換系統(tǒng)，屬于電路領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在電力電子電路中，由四個(gè)開關(guān)管構(gòu)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(duì)場(chǎng)效應(yīng)管SI和S4加入同樣的占空比可調(diào)的PWM控制信號(hào)，并對(duì)S2和S3加入使其關(guān)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(duì)場(chǎng)效應(yīng)管SI和S4加入同樣的占空比可調(diào)的PWM控制信號(hào)，并對(duì)S2和S3加入與前述信號(hào)相反的PWM控制信號(hào)，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(duì)場(chǎng)效應(yīng)管S1、S2、S3和S4加入適當(dāng)?shù)腜WM控制信號(hào)，使其輸入電壓矢量與電網(wǎng)電壓矢量的夾角在正負(fù)90度之內(nèi)，則端子Dl和D2之間可以輸出直流電壓，實(shí)現(xiàn)整流。但目前實(shí)現(xiàn)這三種電能變換的控制系統(tǒng)太過(guò)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)方案難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決控制四個(gè)開關(guān)管構(gòu)成的橋式電路實(shí)現(xiàn)斬波、逆變和整流三種電能變換的控制系統(tǒng)太過(guò)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)方案難的問(wèn)題，提供了一種多功能電能變換系統(tǒng)。本發(fā)明所述多功能電能變換系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及的多功能電能變換電路由功率開關(guān)管S1、S2、S3和S4構(gòu)成的單相橋式電路，所述單相橋式電路具有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂的兩端分別連接端子Dl和端子D2，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)分別連接端子Al和端子A2，控制所述多功能電能變換電路采用型號(hào)為C8051F020的單片機(jī)，單片機(jī)的PO. O連接起動(dòng)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(dòng)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(jī)的Pl. O連接功率開關(guān)管SI的柵極，Pl.1連接功率開關(guān)管S2的柵極，Pl. 2連接功率開關(guān)管S3的柵極，Pl. 3連接功率開關(guān)管S4的柵極；單片機(jī)的P2. O連接功率開關(guān)管S5的柵極，功率開關(guān)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(guān)管S5的另一端同時(shí)連接單片機(jī)的com和端子D2 ；繼電器Rl設(shè)置有四對(duì)常開常閉觸點(diǎn)，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(guān)系進(jìn)行連接控制輸入端子INl同時(shí)連接繼電器Rl的第一常開觸點(diǎn)的一端和第一常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第一常開觸點(diǎn)的另一端連接端子Al，繼電器Rl的第一常閉觸點(diǎn)的另一端連接端子Dl ；
控制輸入端子IN2同時(shí)連接繼電器Rl的第二常開觸點(diǎn)的一端和第二常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第二常開觸點(diǎn)的另一端連接端子A2，繼電器Rl的第二常閉觸點(diǎn)的另一端連接端子D2 ；控制輸出端子OUTl同時(shí)連接繼電器Rl的第三常開觸點(diǎn)的一端和第三常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第三常開觸點(diǎn)的另一端連接端子D1，繼電器Rl的第三常閉觸點(diǎn)的另一端連接端子Al ；控制輸出端子0UT2同時(shí)連接繼電器Rl的第四常開觸點(diǎn)的一端和第四常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第四常開觸點(diǎn)的另一端連接端子D2，繼電器Rl的第四常閉觸點(diǎn)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端口，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端口，單片機(jī)中嵌入斬波軟件模塊、逆變軟件模塊和整流軟件模塊，斬波軟件模塊的啟動(dòng)條件多功能電能變換電路的輸入端口接入直流電源，并按下起動(dòng)按鈕SBO，斬波軟件模塊的軟件流程為步驟Al、檢測(cè)單片機(jī)PO. 2接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為O時(shí)，執(zhí)行步驟A2 ；步驟A2、單片機(jī)控制Pl. O和Pl. 3輸出同樣的占空比可調(diào)的PWM控制信號(hào)，控制Pl.1和Pl. 2輸出恒定低電平，控制P2. O輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出端口輸出平均值可變的直流電壓，實(shí)現(xiàn)斬波功能；步驟A3、檢測(cè)單片機(jī)PO.1接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為I時(shí)，返回執(zhí)行步驟A2，否則，停止運(yùn)行；逆變軟件模塊的啟動(dòng)條件多功能電能變換電路的輸入端口接入直流電源，并按下起動(dòng)按鈕SBO，逆變軟件模塊的軟件流程為步驟B1、檢測(cè)單片機(jī)PO. 3接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為O時(shí)，執(zhí)行步驟B2 ；步驟B2、單片機(jī)控制Pl. O和Pl. 3輸出同樣的占空比可調(diào)的PWM控制信號(hào)，控制Pl.1和Pl. 2輸出與給Pl. O相反的PWM控制信號(hào)，控制P2. O輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出端口輸出交變的交流電壓，實(shí)現(xiàn)逆變功能；步驟B3、檢測(cè)單片機(jī)PO.1接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為I時(shí)，返回執(zhí)行步驟B2，否則，
停止運(yùn)行；整流軟件模塊的啟動(dòng)條件多功能電能變換電路的輸入端口接入交流電源，并按下起動(dòng)按鈕SBO ；整流軟件模塊的軟件流程為步驟Cl、檢測(cè)單片機(jī)PO. 4接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為O時(shí)，執(zhí)行步驟C2 ；步驟C2、單片機(jī)控制Pl. O、Pl.1、Pl. 2和Pl. 3輸出PWM控制信號(hào)，使其輸入電壓矢量與電網(wǎng)電壓矢量的夾角在±90度之內(nèi)；控制P2. O輸出高電平；多功能電能變換電路的輸出端口輸出直流電壓，實(shí)現(xiàn)整流功能；步驟C3、檢測(cè)單片機(jī)PO.1接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為I時(shí)，返回執(zhí)行步驟C2，否則，
停止運(yùn)行。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(I)節(jié)省電路元器件和安放空間；(2)各種功能的轉(zhuǎn)換由微處理器系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，控制方案簡(jiǎn)單明了 ；(3)采用本發(fā)明方案為核心可構(gòu)成多功能電源。


圖1是本發(fā)明所述多功能電能變換電路圖；圖2是輸入輸出轉(zhuǎn)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(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述多功能電能變換系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及的多功能電能變換電路由功率開關(guān)管S1、S2、S3和S4構(gòu)成的單相橋式電路，所述單相橋式電路具有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂的兩端分別連接端子Dl和端子D2，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)分別連接端子Al和端子A2，控制所述多功能電能變換電路采用型號(hào)為C8051F020的單片機(jī)，單片機(jī)的PO. O連接起動(dòng)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(dòng)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(jī)的Pl. O連接功率開關(guān)管SI的柵極，Pl.1連接功率開關(guān)管S2的柵極，Pl. 2連接功率開關(guān)管S3的柵極，Pl. 3連接功率開關(guān)管S4的柵極；單片機(jī)的P2. O連接功率開關(guān)管S5的柵極，功率開關(guān)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(guān)管S5的另一端同時(shí)連接單片機(jī)的com和端子D2 ；繼電器Rl設(shè)置有四對(duì)常開常閉觸點(diǎn)，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(guān)系進(jìn)行連接控制輸入端子INl同時(shí)連接繼電器Rl的第一常開觸點(diǎn)的一端和第一常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第一常開觸點(diǎn)的另一端連接端子Al，繼電器Rl的第一常閉觸點(diǎn)的另一端連接端子Dl ；控制輸入端子IN2同時(shí)連接繼電器Rl的第二常開觸點(diǎn)的一端和第二常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第二常開觸點(diǎn)的另一端連接端子A2，繼電器Rl的第二常閉觸點(diǎn)的另一端連接端子D2 ；控制輸出端子OUTl同時(shí)連接繼電器Rl的第三常開觸點(diǎn)的一端和第三常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第三常開觸點(diǎn)的另一端連接端子D1，繼電器Rl的第三常閉觸點(diǎn)的另一端連接端子Al ；控制輸出端子0UT2同時(shí)連接繼電器Rl的第四常開觸點(diǎn)的一端和第四常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第四常開觸點(diǎn)的另一端連接端子D2，繼電器Rl的第四常閉觸點(diǎn)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端口，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端口，單片機(jī)中嵌入斬波軟件模塊、逆變軟件模塊和整流軟件模塊，斬波軟件模塊的啟動(dòng)條件多功能電能變換電路的輸入端口接入直流電源，并按下起動(dòng)按鈕SBO，斬波軟件模塊的軟件流程為步驟Al、檢測(cè)單片機(jī)PO. 2接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為O時(shí)，執(zhí)行步驟A2 ；步驟A2、單片機(jī)控制Pl. O和Pl. 3輸出同樣的占空比可調(diào)的PWM控制信號(hào)，控制Pl.1和Pl. 2輸出恒定低電平，控制P2. O輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出端口輸出平均值可變的直流電壓，實(shí)現(xiàn)斬波功能；步驟A3、檢測(cè)單片機(jī)PO.1接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為I時(shí)，返回執(zhí)行步驟A2，否則，停止運(yùn)行；逆變軟件模塊的啟動(dòng)條件多功能電能變換電路的輸入端口接入直流電源，并按下起動(dòng)按鈕SBO，逆變軟件模塊的軟件流程為步驟B1、檢測(cè)單片機(jī)PO. 3接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為O時(shí)，執(zhí)行步驟B2 ；步驟B2、單片機(jī)控制Pl. O和Pl. 3輸出同樣的占空比可調(diào)的PWM控制信號(hào)，控制Pl.1和Pl. 2輸出與給Pl. O相反的PWM控制信號(hào)，控制P2. O輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出端口輸出交變的交流電壓，實(shí)現(xiàn)逆變功能；步驟B3、檢測(cè)單片機(jī)PO.1接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為I時(shí)，返回執(zhí)行步驟B2，否則，
停止運(yùn)行；整流軟件模塊的啟動(dòng)條件多功能電能變換電路的輸入端口接入交流電源，并按下起動(dòng)按鈕SBO ；整流軟件模塊的軟件流程為步驟Cl、檢測(cè)單片機(jī)PO. 4接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為O時(shí)，執(zhí)行步驟C2 ；步驟C2、單片機(jī)控制Pl. O、Pl.1、Pl. 2和Pl. 3輸出PWM控制信號(hào)，使其輸入電壓矢量與電網(wǎng)電壓矢量的夾角在±90度之內(nèi)；控制P2. O輸出高電平；多功能電能變換電路的輸出端口輸出直流電壓，實(shí)現(xiàn)整流功能；步驟C3、檢測(cè)單片機(jī)PO.1接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為I時(shí)，返回執(zhí)行步驟C2，否則，
停止運(yùn)行。多功能電能變換電路系統(tǒng)的工作原理是在使用本系統(tǒng)所具有的三種功能時(shí)，先要按電能輸入情況分別連上適當(dāng)?shù)闹绷麟娫椿蚪涣麟娫?，然后就按起?dòng)按鈕SB0，單片機(jī)就可以接收外部的功能按鈕的指令；當(dāng)斬波功能按鈕SB2被按下后，單片機(jī)程序會(huì)識(shí)別出來(lái)，并對(duì)功率開關(guān)管SI和S4加入同樣的占空比可調(diào)的PWM控制信號(hào)，并對(duì)S2和S3加入使其關(guān)閉的低電平，且在I/O端P2. O加低電平，則用于驅(qū)動(dòng)繼電器Rl的S5處于截止?fàn)顟B(tài)，而使端子OUTl和端子0UT2之間(即多功能電能變換電路的輸出端口)可以輸出平均值可變的直流電壓；當(dāng)逆變功能按鈕SB3被按下后，單片機(jī)程序會(huì)識(shí)別出來(lái)，對(duì)SI和S4加入同樣的占空比可調(diào)的PWM控制信號(hào)，并對(duì)S2和S3加入與前述信號(hào)相反的PWM控制信號(hào)，且在I/O端P2. O加低電平，則繼電器Rl驅(qū)動(dòng)S5處于截止?fàn)顟B(tài)，則多功能電能變換電路的輸出端口可以輸出交變的交流電壓；當(dāng)整流功能SB4按鈕被按下后，單片機(jī)程序會(huì)識(shí)別出來(lái)，對(duì)S1、S2、S3和S4加入適當(dāng)?shù)腜WM控制信號(hào)，使其輸入電壓矢量與電網(wǎng)電壓矢量的夾角在正負(fù)90度之內(nèi)，且在I/0端P2. O加高電平，則多功能電能變換電路的輸出端口可以輸出直流電壓；當(dāng)停止按鈕SBl按下后，單片機(jī)程序退出識(shí)別功能按鍵狀態(tài)，系統(tǒng)停止。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，所述功率開關(guān)管采用IGBT或場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.多功能電能變換系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及的多功能電能變換電路由功率開關(guān)管S1、S2、S3和S4構(gòu)成的單相橋式電路，所述單相橋式電路具有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂的兩端分別連接端子Dl和端子D2，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)分別連接端子Al和端子A2， 其特征在于，控制所述多功能電能變換電路采用型號(hào)為C8051F020的單片機(jī)，單片機(jī)的P0.0連接起動(dòng)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(dòng)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(jī)的Pl.0連接功率 開關(guān)管SI的柵極，Pl.1連接功率開關(guān)管S2的柵極，Pl.2連接功率開關(guān)管S3的柵極，Pl.3連接功率開關(guān)管S4的柵極； 單片機(jī)的P2.0連接功率開關(guān)管S5的柵極，功率開關(guān)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(guān)管S5的另一端同時(shí)連接單片機(jī)的com和端子D2 ； 繼電器Rl設(shè)置有四對(duì)常開常閉觸點(diǎn)， 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(guān)系進(jìn)行連接: 控制輸入端子INl同時(shí)連接繼電器Rl的第一常開觸點(diǎn)的一端和第一常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第一常開觸點(diǎn)的另一端連接端子Al，繼電器Rl的第一常閉觸點(diǎn)的另一端連接端子Dl ； 控制輸入端子IN2同時(shí)連接繼電器Rl的第二常開觸點(diǎn)的一端和第二常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第二常開觸點(diǎn)的另一端連接端子A2，繼電器Rl的第二常閉觸點(diǎn)的另一端連接端子D2 ； 控制輸出端子OUTl同時(shí)連接繼電器Rl的第三常開觸點(diǎn)的一端和第三常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第三常開觸點(diǎn)的另一端連接端子D1，繼電器Rl的第三常閉觸點(diǎn)的另一端連接端子Al ； 控制輸出端子0UT2同時(shí)連接繼電器Rl的第四常開觸點(diǎn)的一端和第四常閉觸點(diǎn)的一端，繼電器Rl的第四常開觸點(diǎn)的另一端連接端子D2，繼電器Rl的第四常閉觸點(diǎn)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端口，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端口， 單片機(jī)中嵌入斬波軟件模塊、逆變軟件模塊和整流軟件模塊， 斬波軟件模塊的啟動(dòng)條件:多功能電能變換電路的輸入端口接入直流電源，并按下起動(dòng)按鈕SBO， 斬波軟件模塊的軟件流程為: 步驟Al、檢測(cè)單片機(jī)P0.2接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為O時(shí)，執(zhí)行步驟A2 ； 步驟A2、單片機(jī)控制Pl.0和Pl.3輸出同樣的占空比可調(diào)的PWM控制信號(hào)，控制Pl.1和Pl.2輸出恒定低電平，控制P2.0輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出端口輸出平均值可變的直流電壓，實(shí)現(xiàn)斬波功能； 步驟A3、檢測(cè)單片機(jī)P0.1接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為I時(shí)，返回執(zhí)行步驟A2，否則，停止運(yùn)行；逆變軟件模塊的啟動(dòng)條件:多功能電能變換電路的輸入端口接入直流電源，并按下起動(dòng)按鈕SBO， 逆變軟件模塊的軟件流程為: 步驟B1、檢測(cè)單片機(jī)P0.3接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為O時(shí)，執(zhí)行步驟B2 ； 步驟B2、單片機(jī)控制Pl.0和Pl.3輸出同樣的占空比可調(diào)的PWM控制信號(hào)，控制Pl.1和Pl.2輸出與給Pl.0相反的PWM控制信號(hào)，控制P2.0輸出低電平；多功能電能變換電路的輸出端口輸出交變的交流電壓，實(shí)現(xiàn)逆變功能； 步驟B3、檢測(cè)單片機(jī)P0.1接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為I時(shí)，返回執(zhí)行步驟B2，否則，停止運(yùn)行； 整流軟件模塊的啟動(dòng)條件:多功能電能變換電路的輸入端口接入交流電源，并按下起動(dòng)按鈕SBO ； 整流軟件模塊的軟件流程為: 步驟Cl、檢測(cè)單片機(jī)P0.4接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為O時(shí)，執(zhí)行步驟C2 ； 步驟C2、單片機(jī)控制Pl.0、Pl.K Pl.2和Pl.3輸出PWM控制信號(hào)，使其輸入電壓矢量與電網(wǎng)電壓矢量的夾角在±90度之內(nèi)；控制P2.0輸出高電平；多功能電能變換電路的輸出端口輸出直流電壓，實(shí)現(xiàn)整流功能； 步驟C3、檢測(cè)單片機(jī)P0.1接收的信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為I時(shí)，返回執(zhí)行步驟C2，否則，停止運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多功能電能變換系統(tǒng)，其特征在于，所述功率開關(guān)管采用IGBT或場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
多功能電能變換系統(tǒng)，屬于電路領(lǐng)域，本發(fā)明為解決控制四個(gè)開關(guān)管構(gòu)成的橋式電路實(shí)現(xiàn)斬波、逆變和整流三種電能變換的控制系統(tǒng)太過(guò)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)方案難的問(wèn)題。本發(fā)明多功能電能變換系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分，硬件包括單相橋式電路和輸入輸出轉(zhuǎn)換電路，輸入輸出電路與單相橋式電路的端子建立連接，采用單片機(jī)對(duì)單相橋式電路進(jìn)行控制，單片機(jī)中嵌入斬波軟件模塊、逆變軟件模塊和整流軟件模塊，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)斬波、逆變和整流三種功能的控制和切換，控制方案簡(jiǎn)單明了。
文檔編號(hào)H02M11/00GK103078550SQ20131001744
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者王丁 申請(qǐng)人:黑龍江大學(xué)