專利名稱：小功率單相/三相低失真變頻電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種變頻電源。
技術背景許多測量儀器上都需要一種小功率、低失真的單相或三相變頻電源，而傳 統變頻電源是建立在電力電子技術與控制理論之上的，主要由逆變控制電路、 驅動部分、功率變換電路組成。對于傳統變頻電源， 一方面，從算法上來說較為復雜；另一方面，由于功率器件工作在開關狀態，變頻電源的輸出波形中諧 波豐富，波形失真大，對電網和環境有明顯的電磁干擾。要想得到理想波形， 需要設計高性能的濾波器，而設計的濾波器往往體積龐大，成本不低，而且性 能不一定理想，不能完全滿足現代測試裝置小型化、智能化、高可靠性的要求。 發明內容。本發明的目的是提供一種小功率低失真的單相/三相變頻電源。 小功率單相/三相低失真變頻電源，包括用于產生DDS脈沖波的單片機1,將DDS脈沖波轉換為模擬階梯波的D/A轉換器2，用于將D/A轉換器2的輸出 信號進行平滑濾波、同時進行一定增益的電壓放大的低通濾波器3，對低通濾波 器3的輸出信號進行功率放大的功率放大器4，為各部分提供能量的直流電源， 單片機1中包含N位存儲器1-1、 N位加法器1-2、 N位寄存器1-3、相位幅值 轉換器1-4、時鐘信號^發生器1-5，將頻率控制字FCW存入N位存儲器1-1, N位存儲器1-1與N位寄存器1-3返回值在N位加法器1-2相加產生相位值， 同時，N位寄存器1-3將此相位值送入相位幅值轉換器1-4得到相應的幅值。時 鐘頻率y^由單片機分頻得到，固定相位增量，通過調整時鐘頻率A的值來調整 每2個取樣點之間的時間間隔，從而實現對輸出正弦波頻率的控制。本發明的變頻電源的輸出頻率由兒,=/ 2"/ttt決定，由單片機分頻得到， N為相位累加器的位數。調整相位增量k的大小和調整時鐘頻率厶大小都可以達到調整輸出頻率的目的。 一般DDS技術都釆用固定時鐘頻率/w，調節相位 增量的方法控制輸出信號的頻率，此時頻率分辯率由^ = (1/2"4決定，即1<=1 時的輸出頻率決定，該方法是以改變正弦波采樣點數來改變頻率的，當頻率很 高時， 一個周期的采樣點數必然會減少很多，勢必會使波形失真。本發明中由 于合成的正弦波頻率較低，釆用了固定相位增量、調節時鐘頻率y^的方法來調 節輸出頻率。頻率分辯率由A/二(/t/2W)決定， 一個周期內采樣點數不變，當采樣 頻率提高到一定程度時，波形失真仍然很小。本發明是基于DDS技術設計的變頻電源，與傳統的變頻電源相比，具有波 形失真小、頻率連續可調、頻率分辨率高、頻率變換速度快、頻率準確度高、 諧波干擾非常小等優點。但由于功率放大器輸出功率的限制，本發明提供的方 法只適合于設計小功率變頻電源。經試驗驗證，本發明的波形失真小、頻率調節方便、頻率變換速度快、頻 率分辨率和準確度高、諧波干擾非常小。將單片機引入了電源系統，可實現儀 器的數字化、智能化，本發明提供的方法特別適合對電源容量要求不高，而對 電源波形、頻率精度、頻率分辨率要求很高的測量裝置，可實現現代測量裝置 小型化、高效率、智能化的要求。本發明屬于直接變頻，其實現十分簡單，諧波僅僅與存儲器位數、D/A轉換 器的位數及功率放大器的帶寬有關，只要合理選擇單片機及D/A轉換器，設計 帶寬、功率滿足要求的功率放大器，實現輸出失真較小的小功率正弦波變頻電 源是比較容易的。下面結合附圖及具體實施實例對本發明作進 一 步的說明。


圖1是本發明整體結構示意圖，圖2是單片機實現的DDS框圖，圖3是 DDS后續處理圖具體實施方式
如圖1所示，本發明由單片機1、 D/A轉換器2、低通濾波器3、功率放大 器4、直流電源5組成，單片機1用于產生DDS脈沖波；D/A轉換器2將DDS脈沖波轉換為模擬階梯波；低通濾波器3，用于將D/A轉換器的輸出信號進行平滑濾波，同時進行一定增益的電壓放大；功率放大器4進行功率放大；直流 電源為各部分提供能量。如圖3所示，DDS脈沖波由單片機軟件產生后，經D/A 轉換器2進行D/A轉換，得到連續的模擬階梯波，此階梯波含有諧波和噪聲， 他們是合成頻率、參考頻率以及頻率控制字的函數，必須經過低通濾波器3進 行濾波；經過濾波的正弦波，需經過功率放大器4進行功率放大，功率放大器 輸出功率的大小就決定了此電源的功率。如圖2所示，單片機1中包括N位存儲器1-1、 N位加法器1-2、 N位寄存 器1-3、相位幅值轉換器1-4、時鐘信號乂《發生器1-5。用戶將頻率控制字FCW 存入N位存儲器1-1, N位存儲器1-1與N位寄存器1-3返回值在N位加法器 1-2相加產生相位值，同時，N位寄存器1-3將此相位值送入相位幅值轉換器 1-4得到相應的幅值，固定相位增量，時鐘頻率乂#是由單片機1分頻得到的， 通過調節時鐘頻率^的來調節輸出頻率。調整時鐘頻率.&的值就可以調整每2 個取樣點的時間間隔，從而達到控制輸出頻率的目的。如圖1所示，如果是單相變頻電源，D/A轉換器2、低通濾波器3、功率放 大器4均為單通道；如果是三相變頻電源，D/A轉換器2、低通濾波器3、功率 放大器4均為三通道。圖1中單片機的功能是構成頻率控制字、相位累加器，存儲正弦波幅值表。用戶可根據頻率，求設定頻率控制字，相位累加器將此刻的相位和給定頻率控 制字相加，并以此結果去查詢正弦波幅度表，得到正弦函數的幅值碼，數字幅 值碼經過D/A轉換器轉換成模擬階梯信號，再經過低通濾波器濾波、放大，得 到平滑的一定幅值的正弦信號波形，然后利用功率放大器將此信號進行功率放 大，得到一定電壓幅值和功率的正弦波。
權利要求
1. 小功率單相/三相低失真變頻電源，其特征在于包括用于產生DDS脈沖波的單片機(1)，將DDS脈沖波轉換為模擬階梯波的D/A轉換器(2)，用于將D/A轉換器(2)的輸出信號進行平滑濾波、同時進行一定增益的電壓放大的低通濾波器(3)，對低通濾波器(3)的輸出信號進行功率放大的功率放大器(4)，為各部分提供能量的直流電源；單片機(1)中包括N位存儲器(1-1)、N位加法器(1-2)、N位寄存器(1-3)、相位幅值轉換器(1-4)、時鐘信號fclk發生器(1-5)；在單片機中將頻率控制字FCW存入N位存儲器(1-1)，N位存儲器(1-1)與N位寄存器(1-3)的返回值在N位加法器(1-2)相加產生相位值，同時，N位寄存器(1-3)將此相位值送入相位幅值轉換器(1-4)得到相應的幅值，固定相位增量，時鐘頻率fclk由單片機分頻得到，通過調整時鐘頻率fclk的值來調整每2個取樣點的時間間隔，控制每個周期的時長，從而對輸出頻率進行控制。
2、 根據權利要求1所述的小功率單相/三相低失真變頻電源，其特征在于變頻電 源為單相時，D/A轉換器(2)、低通濾波器(3)、功率放大器(4)均為單通道。
3、 根據權利要求1所述的小功率單相/三相低失真變頻電源，其特征在于變頻電 源為三相時，D/A轉換器(2)、低通濾波器(3)、功率放大器(4)均為三通道。
全文摘要
小功率單相/三相低失真變頻電源，包括用于產生DDS脈沖波的單片機1，將DDS脈沖波轉換為模擬階梯波的D/A轉換器2，用于將D/A轉換器2的輸出信號進行平滑濾波、同時進行一定增益的電壓放大的低通濾波器3，對低通濾波器3的輸出信號進行功率放大的功率放大器4，單片機1由N位存儲器1-1、N位加法器1-2、N位寄存器1-3、相位幅值轉換器1-4、時鐘頻率1-5組成，將頻率控制字FCW存入N位存儲器1-1，N位存儲器1-1與N位寄存器1-3返回值在N位加法器1-2相加產生相位值，同時，N位寄存器1-3將此相位值送入相位幅值轉換器1-4得到相應的幅值，固定相位增量，通過調整時鐘頻率的值來調整每2個取樣點的時間間隔，控制每個周期的時長，從而對輸出頻率進行控制。
文檔編號H02M7/48GK101257248SQ20071001823
公開日2008年9月3日 申請日期2007年6月20日 優先權日2007年6月20日
發明者戴路加, 楊新華, 王關平, 金興文, 陳玉松, 馬建立 申請人:蘭州理工大學