专利名称：多功能电能变换系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及多功能电能变换系统，属于电路领域。
背景技术：
在电力电子电路中，由四个开关管构成的桥式电路如图1所示，是一类具有多功能的电路第一种功能是斩波功能，如果从所述桥式电路端子Dl和D2之间加入直流电压，对场效应管SI和S4加入同样的占空比可调的PWM控制信号，并对S2和S3加入使其关闭的低电平，则所述桥式电路端子Al和A2之间可以输出平均值可变的直流电压；第二种功能是逆变功能，如果从所述桥式电路端子Dl和D2之间加入直流电压，对场效应管SI和S4加入同样的占空比可调的PWM控制信号，并对S2和S3加入与前述信号相反的PWM控制信号，则所述桥式电路端子Al和A2之间可以输出交变的交流电压；第三种功能是PWM整流功能，如果从端子Al和A2之间加入交流电压，对场效应管S1、S2、S3和S4加入适当的PWM控制信号，使其输入电压矢量与电网电压矢量的夹角在正负90度之内，则端子Dl和D2之间可以输出直流电压，实现整流。但目前实现这三种电能变换的控制系统太过复杂，实现方案难。
发明内容
本发明目的是为了解决控制四个开关管构成的桥式电路实现斩波、逆变和整流三种电能变换的控制系统太过复杂，实现方案难的问题，提供了一种多功能电能变换系统。本发明所述多功能电能变换系统，该系统涉及的多功能电能变换电路由功率开关管S1、S2、S3和S4构成的单相桥式电路，所述单相桥式电路具有两个桥臂，每个桥臂的两端分别连接端子Dl和端子D2，两个桥臂的中点分别连接端子Al和端子A2，控制所述多功能电能变换电路采用型号为C8051F020的单片机，单片机的PO. O连接起动按钮SBO的一端，PO.1连接停止按钮SBl的一端，PO. 2连接斩波功能按钮SB2的一端，PO. 3连接逆变功能按钮SB3的一端，PO. 4连接整流功能按钮SB4的一端，起动按钮SB0、停止按钮SBl、斩波功能按钮SB2、逆变功能按钮SB3和整流功能按钮SB4的另一端均接地；单片机的Pl. O连接功率开关管SI的栅极，Pl.1连接功率开关管S2的栅极，Pl. 2连接功率开关管S3的栅极，Pl. 3连接功率开关管S4的栅极；单片机的P2. O连接功率开关管S5的栅极，功率开关管S5的一端连接继电器Rl线圈的一端，继电器Rl线圈的另一端连接电源Vcc，功率开关管S5的另一端同时连接单片机的com和端子D2 ；继电器Rl设置有四对常开常闭触点，将所述多功能电能变换电路的端子A1、A2、D1和D2按如下连接关系进行连接控制输入端子INl同时连接继电器Rl的第一常开触点的一端和第一常闭触点的一端，继电器Rl的第一常开触点的另一端连接端子Al，继电器Rl的第一常闭触点的另一端连接端子Dl ；
控制输入端子IN2同时连接继电器Rl的第二常开触点的一端和第二常闭触点的一端，继电器Rl的第二常开触点的另一端连接端子A2，继电器Rl的第二常闭触点的另一端连接端子D2 ；控制输出端子OUTl同时连接继电器Rl的第三常开触点的一端和第三常闭触点的一端，继电器Rl的第三常开触点的另一端连接端子D1，继电器Rl的第三常闭触点的另一端连接端子Al ；控制输出端子0UT2同时连接继电器Rl的第四常开触点的一端和第四常闭触点的一端，继电器Rl的第四常开触点的另一端连接端子D2，继电器Rl的第四常闭触点的另一端连接端子A2 ；控制输入端子INl和控制输入端子IN2作为多功能电能变换电路的输入端口，控制输出端子OUTl和控制输出端子0UT2作为多功能电能变换电路的输出端口，单片机中嵌入斩波软件模块、逆变软件模块和整流软件模块，斩波软件模块的启动条件多功能电能变换电路的输入端口接入直流电源，并按下起动按钮SBO，斩波软件模块的软件流程为步骤Al、检测单片机PO. 2接收的信号，当该信号为O时，执行步骤A2 ；步骤A2、单片机控制Pl. O和Pl. 3输出同样的占空比可调的PWM控制信号，控制Pl.1和Pl. 2输出恒定低电平，控制P2. O输出低电平；多功能电能变换电路的输出端口输出平均值可变的直流电压，实现斩波功能；步骤A3、检测单片机PO.1接收的信号，当该信号为I时，返回执行步骤A2，否则，停止运行；逆变软件模块的启动条件多功能电能变换电路的输入端口接入直流电源，并按下起动按钮SBO，逆变软件模块的软件流程为步骤B1、检测单片机PO. 3接收的信号，当该信号为O时，执行步骤B2 ；步骤B2、单片机控制Pl. O和Pl. 3输出同样的占空比可调的PWM控制信号，控制Pl.1和Pl. 2输出与给Pl. O相反的PWM控制信号，控制P2. O输出低电平；多功能电能变换电路的输出端口输出交变的交流电压，实现逆变功能；步骤B3、检测单片机PO.1接收的信号，当该信号为I时，返回执行步骤B2，否则，
停止运行；整流软件模块的启动条件多功能电能变换电路的输入端口接入交流电源，并按下起动按钮SBO ；整流软件模块的软件流程为步骤Cl、检测单片机PO. 4接收的信号，当该信号为O时，执行步骤C2 ；步骤C2、单片机控制Pl. O、Pl.1、Pl. 2和Pl. 3输出PWM控制信号，使其输入电压矢量与电网电压矢量的夹角在±90度之内；控制P2. O输出高电平；多功能电能变换电路的输出端口输出直流电压，实现整流功能；步骤C3、检测单片机PO.1接收的信号，当该信号为I时，返回执行步骤C2，否则，
停止运行。
本发明的优点(I)节省电路元器件和安放空间；(2)各种功能的转换由微处理器系统自动实现，控制方案简单明了 ；(3)采用本发明方案为核心可构成多功能电源。
图1是本发明所述多功能电能变换电路图；图2是输入输出转换电路示意图；图3是多功能电能变换电路的控制图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述多功能电能变换系统，该系统涉及的多功能电能变换电路由功率开关管S1、S2、S3和S4构成的单相桥式电路，所述单相桥式电路具有两个桥臂，每个桥臂的两端分别连接端子Dl和端子D2，两个桥臂的中点分别连接端子Al和端子A2，控制所述多功能电能变换电路采用型号为C8051F020的单片机，单片机的PO. O连接起动按钮SBO的一端，PO.1连接停止按钮SBl的一端，PO. 2连接斩波功能按钮SB2的一端，PO. 3连接逆变功能按钮SB3的一端，PO. 4连接整流功能按钮SB4的一端，起动按钮SB0、停止按钮SBl、斩波功能按钮SB2、逆变功能按钮SB3和整流功能按钮SB4的另一端均接地；单片机的Pl. O连接功率开关管SI的栅极，Pl.1连接功率开关管S2的栅极，Pl. 2连接功率开关管S3的栅极，Pl. 3连接功率开关管S4的栅极；单片机的P2. O连接功率开关管S5的栅极，功率开关管S5的一端连接继电器Rl线圈的一端，继电器Rl线圈的另一端连接电源Vcc，功率开关管S5的另一端同时连接单片机的com和端子D2 ；继电器Rl设置有四对常开常闭触点，将所述多功能电能变换电路的端子A1、A2、D1和D2按如下连接关系进行连接控制输入端子INl同时连接继电器Rl的第一常开触点的一端和第一常闭触点的一端，继电器Rl的第一常开触点的另一端连接端子Al，继电器Rl的第一常闭触点的另一端连接端子Dl ；控制输入端子IN2同时连接继电器Rl的第二常开触点的一端和第二常闭触点的一端，继电器Rl的第二常开触点的另一端连接端子A2，继电器Rl的第二常闭触点的另一端连接端子D2 ；控制输出端子OUTl同时连接继电器Rl的第三常开触点的一端和第三常闭触点的一端，继电器Rl的第三常开触点的另一端连接端子D1，继电器Rl的第三常闭触点的另一端连接端子Al ；控制输出端子0UT2同时连接继电器Rl的第四常开触点的一端和第四常闭触点的一端，继电器Rl的第四常开触点的另一端连接端子D2，继电器Rl的第四常闭触点的另一端连接端子A2 ；控制输入端子INl和控制输入端子IN2作为多功能电能变换电路的输入端口，控制输出端子OUTl和控制输出端子0UT2作为多功能电能变换电路的输出端口，单片机中嵌入斩波软件模块、逆变软件模块和整流软件模块，斩波软件模块的启动条件多功能电能变换电路的输入端口接入直流电源，并按下起动按钮SBO，斩波软件模块的软件流程为步骤Al、检测单片机PO. 2接收的信号，当该信号为O时，执行步骤A2 ；步骤A2、单片机控制Pl. O和Pl. 3输出同样的占空比可调的PWM控制信号，控制Pl.1和Pl. 2输出恒定低电平，控制P2. O输出低电平；多功能电能变换电路的输出端口输出平均值可变的直流电压，实现斩波功能；步骤A3、检测单片机PO.1接收的信号，当该信号为I时，返回执行步骤A2，否则，停止运行；逆变软件模块的启动条件多功能电能变换电路的输入端口接入直流电源，并按下起动按钮SBO，逆变软件模块的软件流程为步骤B1、检测单片机PO. 3接收的信号，当该信号为O时，执行步骤B2 ；步骤B2、单片机控制Pl. O和Pl. 3输出同样的占空比可调的PWM控制信号，控制Pl.1和Pl. 2输出与给Pl. O相反的PWM控制信号，控制P2. O输出低电平；多功能电能变换电路的输出端口输出交变的交流电压，实现逆变功能；步骤B3、检测单片机PO.1接收的信号，当该信号为I时，返回执行步骤B2，否则，
停止运行；整流软件模块的启动条件多功能电能变换电路的输入端口接入交流电源，并按下起动按钮SBO ；整流软件模块的软件流程为步骤Cl、检测单片机PO. 4接收的信号，当该信号为O时，执行步骤C2 ；步骤C2、单片机控制Pl. O、Pl.1、Pl. 2和Pl. 3输出PWM控制信号，使其输入电压矢量与电网电压矢量的夹角在±90度之内；控制P2. O输出高电平；多功能电能变换电路的输出端口输出直流电压，实现整流功能；步骤C3、检测单片机PO.1接收的信号，当该信号为I时，返回执行步骤C2，否则，
停止运行。多功能电能变换电路系统的工作原理是在使用本系统所具有的三种功能时，先要按电能输入情况分别连上适当的直流电源或交流电源，然后就按起动按钮SB0，单片机就可以接收外部的功能按钮的指令；当斩波功能按钮SB2被按下后，单片机程序会识别出来，并对功率开关管SI和S4加入同样的占空比可调的PWM控制信号，并对S2和S3加入使其关闭的低电平，且在I/O端P2. O加低电平，则用于驱动继电器Rl的S5处于截止状态，而使端子OUTl和端子0UT2之间(即多功能电能变换电路的输出端口)可以输出平均值可变的直流电压；当逆变功能按钮SB3被按下后，单片机程序会识别出来，对SI和S4加入同样的占空比可调的PWM控制信号，并对S2和S3加入与前述信号相反的PWM控制信号，且在I/O端P2. O加低电平，则继电器Rl驱动S5处于截止状态，则多功能电能变换电路的输出端口可以输出交变的交流电压；当整流功能SB4按钮被按下后，单片机程序会识别出来，对S1、S2、S3和S4加入适当的PWM控制信号，使其输入电压矢量与电网电压矢量的夹角在正负90度之内，且在I/0端P2. O加高电平，则多功能电能变换电路的输出端口可以输出直流电压；当停止按钮SBl按下后，单片机程序退出识别功能按键状态，系统停止。
具体实施方式
二 本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述功率开关管采用IGBT或场效应管来实现。
权利要求
1.多功能电能变换系统，该系统涉及的多功能电能变换电路由功率开关管S1、S2、S3和S4构成的单相桥式电路，所述单相桥式电路具有两个桥臂，每个桥臂的两端分别连接端子Dl和端子D2，两个桥臂的中点分别连接端子Al和端子A2， 其特征在于，控制所述多功能电能变换电路采用型号为C8051F020的单片机，单片机的P0.0连接起动按钮SBO的一端，P0.1连接停止按钮SBl的一端，P0.2连接斩波功能按钮SB2的一端，P0.3连接逆变功能按钮SB3的一端，P0.4连接整流功能按钮SB4的一端，起动按钮SB0、停止按钮SBl、斩波功能按钮SB2、逆变功能按钮SB3和整流功能按钮SB4的另一端均接地； 单片机的Pl.0连接功率 开关管SI的栅极，Pl.1连接功率开关管S2的栅极，Pl.2连接功率开关管S3的栅极，Pl.3连接功率开关管S4的栅极； 单片机的P2.0连接功率开关管S5的栅极，功率开关管S5的一端连接继电器Rl线圈的一端，继电器Rl线圈的另一端连接电源Vcc，功率开关管S5的另一端同时连接单片机的com和端子D2 ； 继电器Rl设置有四对常开常闭触点， 将所述多功能电能变换电路的端子A1、A2、D1和D2按如下连接关系进行连接: 控制输入端子INl同时连接继电器Rl的第一常开触点的一端和第一常闭触点的一端，继电器Rl的第一常开触点的另一端连接端子Al，继电器Rl的第一常闭触点的另一端连接端子Dl ； 控制输入端子IN2同时连接继电器Rl的第二常开触点的一端和第二常闭触点的一端，继电器Rl的第二常开触点的另一端连接端子A2，继电器Rl的第二常闭触点的另一端连接端子D2 ； 控制输出端子OUTl同时连接继电器Rl的第三常开触点的一端和第三常闭触点的一端，继电器Rl的第三常开触点的另一端连接端子D1，继电器Rl的第三常闭触点的另一端连接端子Al ； 控制输出端子0UT2同时连接继电器Rl的第四常开触点的一端和第四常闭触点的一端，继电器Rl的第四常开触点的另一端连接端子D2，继电器Rl的第四常闭触点的另一端连接端子A2 ； 控制输入端子INl和控制输入端子IN2作为多功能电能变换电路的输入端口，控制输出端子OUTl和控制输出端子0UT2作为多功能电能变换电路的输出端口， 单片机中嵌入斩波软件模块、逆变软件模块和整流软件模块， 斩波软件模块的启动条件:多功能电能变换电路的输入端口接入直流电源，并按下起动按钮SBO， 斩波软件模块的软件流程为: 步骤Al、检测单片机P0.2接收的信号，当该信号为O时，执行步骤A2 ； 步骤A2、单片机控制Pl.0和Pl.3输出同样的占空比可调的PWM控制信号，控制Pl.1和Pl.2输出恒定低电平，控制P2.0输出低电平；多功能电能变换电路的输出端口输出平均值可变的直流电压，实现斩波功能； 步骤A3、检测单片机P0.1接收的信号，当该信号为I时，返回执行步骤A2，否则，停止运行；逆变软件模块的启动条件:多功能电能变换电路的输入端口接入直流电源，并按下起动按钮SBO， 逆变软件模块的软件流程为: 步骤B1、检测单片机P0.3接收的信号，当该信号为O时，执行步骤B2 ； 步骤B2、单片机控制Pl.0和Pl.3输出同样的占空比可调的PWM控制信号，控制Pl.1和Pl.2输出与给Pl.0相反的PWM控制信号，控制P2.0输出低电平；多功能电能变换电路的输出端口输出交变的交流电压，实现逆变功能； 步骤B3、检测单片机P0.1接收的信号，当该信号为I时，返回执行步骤B2，否则，停止运行； 整流软件模块的启动条件:多功能电能变换电路的输入端口接入交流电源，并按下起动按钮SBO ； 整流软件模块的软件流程为: 步骤Cl、检测单片机P0.4接收的信号，当该信号为O时，执行步骤C2 ； 步骤C2、单片机控制Pl.0、Pl.K Pl.2和Pl.3输出PWM控制信号，使其输入电压矢量与电网电压矢量的夹角在±90度之内；控制P2.0输出高电平；多功能电能变换电路的输出端口输出直流电压，实现整流功能； 步骤C3、检测单片机P0.1接收的信号，当该信号为I时，返回执行步骤C2，否则，停止运行。
2.根据权利要求1所述多功能电能变换系统，其特征在于，所述功率开关管采用IGBT或场效应管来实现。
全文摘要
多功能电能变换系统，属于电路领域，本发明为解决控制四个开关管构成的桥式电路实现斩波、逆变和整流三种电能变换的控制系统太过复杂，实现方案难的问题。本发明多功能电能变换系统包括硬件和软件两大部分，硬件包括单相桥式电路和输入输出转换电路，输入输出电路与单相桥式电路的端子建立连接，采用单片机对单相桥式电路进行控制，单片机中嵌入斩波软件模块、逆变软件模块和整流软件模块，自动实现斩波、逆变和整流三种功能的控制和切换，控制方案简单明了。
文档编号H02M11/00GK103078550SQ20131001744
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者王丁 申请人:黑龙江大学