【正文】 ................... 28 過(guò)流保護(hù)電路 ..................................................................................... 28 開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路 ......................................................................... 29 LC 濾波電路 ........................................................................................ 30 第 4 章 仿真分析 ....................................................................................................... 31 仿真目的 ....................................................................................................... 31 仿真電路 ....................................................................................................... 31 主電路仿真圖 ..................................................................................... 31 PWM 產(chǎn)生圖 ........................................................................................ 31 仿真波形 ....................................................................................................... 33 波形仿真 ............................................................................................. 33 輸出電壓分析 ..................................................................................... 33 輸出電流分析 ...................................................................................... 34 第 5 章 結(jié)束語(yǔ) ........................................................................................................... 36 結(jié)論 ............................................................................................................... 36 展望 ............................................................................................................... 36 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 37 致謝 ............................................................................................................................. 38 1 第 1 章 緒論 背景 電力電子技術(shù)的發(fā)展一次經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，一些電源也就應(yīng)運(yùn)而生。尤其是面對(duì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的今天，一款穩(wěn)定，易攜帶的交流電源正是我們現(xiàn)在方便生活重要的一種途徑?？刂齐娐凡捎玫氖?IR2110 控制，產(chǎn) 生 PWM 波觸發(fā)橋式電路，升壓電路，輸出穩(wěn)定電壓，本文還設(shè)計(jì)了過(guò)流保護(hù)電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?0~100Hz 的交流電。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率 ， 使其性能更加完善可靠 ， 而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展 ， 為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能 ，實(shí)現(xiàn)小型輕量化 ， 機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)?，F(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是 PWM型逆變電路。為了徹底解決現(xiàn)有 UPS 電源存在的不足和適應(yīng)各類(lèi)用電設(shè)備的需求，數(shù)控交流穩(wěn)壓電源的研 3 制將是今后的一個(gè)重要的方向 。隨著計(jì)算機(jī)等設(shè)備的不斷發(fā)展和日益推廣普及，對(duì) UPS 電源提出了越來(lái)越多的要求，不僅 UPS 要有很好的靜態(tài)穩(wěn)定性和很快的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，還對(duì) UPS 的體積 和重量提出了更高的要求。從 80 年代后期，隨著各種電器及電子產(chǎn)品中裝備微處理器的品種逐漸增多，此類(lèi)產(chǎn)品易于受到瞬間停電及電壓波形變化等的影響，造成動(dòng)作差錯(cuò)及數(shù)據(jù)丟失，從而對(duì)交流電源提出了更高的要求。這是第三代、第四代交流電源的發(fā)展方向。為了消除這一缺點(diǎn)，后來(lái)采用了預(yù)調(diào)節(jié)方式。 總之，隨著電子電源的集成化、模塊化、智能化的發(fā)展和電力電子器件的高性能化、拓?fù)潆娐防碚摰膭?chuàng)新、現(xiàn)代控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用及其實(shí)現(xiàn)的手段的先進(jìn)性，現(xiàn)代電源的設(shè)計(jì)及分析工具得以進(jìn)一步完善。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)觀察，在嚴(yán)重失真時(shí)，電壓會(huì)出現(xiàn)正負(fù)半波不對(duì)稱(chēng)、波形嚴(yán)重畸變，頻率也會(huì)發(fā)生變化。其中，直流升壓電路和交流逆變電路是研究的核心。 f ( t )t0f ( t )t0f ( t )t0W ( t )f ( t )t0 a) b) c) d) 圖 形狀不同而沖量相同的脈沖各種脈沖 8 上述結(jié)論是 PWM控制的重要理論基礎(chǔ)。以上介紹的是 PWM控制的基本原理，按照上述原理，在給出了正弦波頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后， PWM波形各脈沖的 寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。 圖 雙極性 PWM控制原理方式 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng) i(t)也是周期性的。 PWM 逆變電路及控制方法 目前中小功率的逆變電路幾乎都采用 PWM技術(shù)。 12 圖 半橋逆變電路 單相半橋電壓型逆變電路簡(jiǎn)單，使用器件少。 輸出電壓定量分析 uo成傅里葉級(jí)數(shù) ）（ ???????? ???? s i n 551ts i n 331ts i n4u d0 U （ ） 基波幅值 ?dolm 4U U? （ ） 基波有效值 ? dol 22U U? （ ） uo為正負(fù)各 180186。)， V V4的柵極信號(hào)分別比 V V1的前移 180186。換流方式有負(fù)載換 流、強(qiáng)迫換流 [4]。輸出電流波形接近矩形波，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠(yuǎn)小于基波。 t2時(shí)刻后， LT VT VT LT3到 C；另一個(gè)經(jīng) LT VT VT LT 4到C。 ）（ ???????? ???? s in 551ts in 331ts in4i d0 I （ ） 基波電流有效值?24I dol I? （ ） 負(fù)載電壓有效值 Uo和直流電壓 Ud的關(guān)系??COSU22U do ? （ ） 實(shí)際工作過(guò)程中，感應(yīng)線(xiàn)圈參數(shù)隨時(shí)間變化，必須使工作頻率適應(yīng)負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種控制方式稱(chēng)為自勵(lì)方式。這時(shí)，輸入電壓流過(guò)電感。不僅能起調(diào)壓的作用，同時(shí)還能起到有效地抑制諧波電流 噪聲的作用。 圖 單相橋式逆變電路 方案三：推挽式逆變電路如圖 。過(guò)流保護(hù)電路采用電流互感器作為電流檢測(cè)器件，其具有足夠的響應(yīng)速度，能夠在 MOS管允許的過(guò)流時(shí)間內(nèi)將其關(guān)斷。 V sLiABSRV oC 圖 Boost 電路原理圖 Boost 電路的工作過(guò)程是這樣的。高于 V0 時(shí)，電容有充電電流；等于 V0 時(shí)，充電電流 為零 ； 當(dāng) V0 有降低趨勢(shì)時(shí)，容向負(fù)載 R 放電，維持 V0 22 不變。然后 T T4 加觸發(fā)脈沖，并且同時(shí) TT3 的觸發(fā)脈沖消失， T T4 這兩個(gè) MOS 管導(dǎo)通，但不能立即導(dǎo)通，等電流下降 23 到零時(shí)開(kāi)始導(dǎo)通，然后電流流過(guò) T4 的漏極 ，同樣經(jīng)過(guò)濾波電路回到 T2 的漏 極。在連續(xù) 狀態(tài)下，輸入電流不是脈動(dòng)的，紋波電流隨 L 增大而減小。此可推得臨界條件為： ? ? TRDDLS21 2111?? （ ） 下面進(jìn)行具體的計(jì)算： VDVDV SS 210 11 1 ??? （ ） 由 Vs =48V， V0 =315 可得 D1 = 又 f =10kHz，可得： TS =100us，同時(shí) R =250? 。本文驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)采用的是驅(qū)動(dòng)芯片。 H0 和 L0 是兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，驅(qū)動(dòng)同一橋臂的 MOSFET， IR2110 的自舉電容選 擇不好，容易造成芯片損壞或不能正常工作。等故障消除，比較器輸出低電平，逆變器 又自動(dòng)恢復(fù)工作。正弦波幅值之比值勤稱(chēng)為調(diào)制比 M=Vrm/Vcm。 31 第 4 章 仿真分析 仿真目的 本設(shè)計(jì)采用了 控制芯片 對(duì)系統(tǒng)的主電路進(jìn)行控制，對(duì)系統(tǒng)升壓電路、逆變電路、直流交流檢測(cè)電路以及過(guò)流保護(hù)電路直接控制。 圖 PWM 逆變器 V1 觸發(fā)脈沖波形 33 仿真波形 波形仿真 仿真波形如圖 所示。綜上所述： PWM 控制的逆變電源是比較穩(wěn)定的。單老師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú) 華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。正是基于單 海歐 老師的悉心指點(diǎn)和大家的全心的幫助，我才能比較順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 展望 目前，逆變技術(shù)的核心部分逆變器和控制部分，雖然自關(guān)斷器件 的產(chǎn)生簡(jiǎn)化了主電路的繁瑣，但是器件的開(kāi)關(guān)頻率，器件的功率，觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)以及壽命仍受一定的限制，所以將會(huì)導(dǎo)致你變電源輸出的正弦波形仍受一定的影響，盡管在控制方法已經(jīng)略有成熟，但是有些控制方法還只是理想預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)還很困難，所以對(duì)逆變電源的研究仍具有十分深遠(yuǎn)的意義。改變調(diào)制比 m和載波比 N，如增大 m和 N，可以有效減小輸出電壓和輸出電流的諧波分量。三角載波信號(hào)由 “ Source” 庫(kù)中的 “ Repeating Sequence” 模塊產(chǎn)生 ， 正確設(shè)置參數(shù)，三角波經(jīng)過(guò)處理，便可成為頻率為 fc的三角載波。用在要求高的電源電路中， RC 濾波中的電阻要消耗一部分直流電壓， R 不能取得很大用在電流小要求不高的電路中。Vrm，頻率為 fc。F的電容形成保護(hù)時(shí)間控制。 IR2110 的輸入端為滯環(huán)施密特出發(fā)電路，以提高抗干擾能力和接受上升沿環(huán)慢的輸入邏輯信號(hào)，Vdd/Vcc 電平轉(zhuǎn)換電路把輸入邏輯信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)電平，其兩路輸出均采用圖騰柱輸出，輸出級(jí)由兩只峰值電流為 2A 以上，內(nèi)阻為 3 歐姆以下的 N 溝道 FET 組成，輸出級(jí)可提供的驅(qū)動(dòng)電壓為 15V20V。s[12]。下面推導(dǎo)計(jì)算L 的公式。為了方便推導(dǎo)計(jì)算電感上 L 的公式，現(xiàn)給出主要變量的波形如圖 所示。四個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通(或關(guān)斷 )占空比均相等。 由于線(xiàn)圈中的磁場(chǎng)將改變線(xiàn)圈 L 兩端的電壓極性，以保持 I0不變。常見(jiàn)的直流升壓電路為升壓斬波電路（ Boost Chopper） ， 電 路如圖 所示，由開(kāi)關(guān) S、電感 L、電容 C 組成。 DC/AC變換電路采用全橋變換電路。單相橋式逆變器有四個(gè)帶反并聯(lián)