【正文】 31為逆變電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。因此這里只介紹如圖 31所示五種常用的隔離式 DC/DC電路。如圖 41(b)，電路結(jié)構(gòu)簡單，可以看成兩個完全對稱的單端正激式變換器的組合，因此變壓器鐵芯是雙向磁化的，相同鐵芯尺寸下，推挽電路比正激式電路輸出更大的功率。 (5)反激式。若控制信號交替驅(qū)動兩個功率管，則經(jīng)過變壓器耦合產(chǎn)生高壓矩形交流電壓，此高壓高頻交流電再經(jīng)過整流電路整流轉(zhuǎn)化為高壓直流。輸出電壓經(jīng)電阻分壓取樣后，由運算放大電路將電平轉(zhuǎn)換為單片機 A/D轉(zhuǎn)換口所能接受的0～ 5V電壓信號，送入單片機 A/D轉(zhuǎn)換口。采用隔離驅(qū)動方式時需要將多路驅(qū)動電路、控制電路、主電路互相隔離，以免引起災(zāi)難性的后果。脈沖變壓器體積大，笨重，加工復(fù)雜。 50V/ns， 15V下靜態(tài)功耗僅 116mW；輸出的電源端（腳 3,即功率器件的柵極驅(qū)動電壓）電壓范圍 10～20V；邏輯電源電壓范圍（腳 9） 5～ 15V，可方便地與 TTL， CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有177。芯片 7414的左端兩個 1， 3管腳對應(yīng)單片機輸出的SPWM，電路右邊輸出接到逆變橋上。開關(guān)器件 T1和 T2基極信號在一個周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二者互補。 圖 63全橋逆變電路 逆變主電路的選擇 逆變器是系統(tǒng)的核心部分，也是直接和負(fù)載相連接的部分。由于系統(tǒng)額定輸出電壓 220V，其額定輸出電流約峰值電流約 2． 52A，考慮負(fù)載類型及允許的過載倍數(shù)， NMOS的額定電流值按 3倍額定選擇，參考市面上的 NMOS種類，取耐壓值 Veer為 55V系列的IRF3205功率管即可 . IRF3205具有開關(guān)速度快，輸入阻抗高，驅(qū)動功率低，通 流能力強的特點，目前 IRF3205的電流電壓等級為 110A/55V，關(guān)斷時間已縮短到 64ns，擎住現(xiàn)象得到改善，安全工作區(qū)域擴大 。 圖 71 采樣反饋電路 保護(hù)電路 設(shè)計 過流保護(hù)的必要性 前面在選擇 NMOS的型號時，考慮了 器件的 工作電流及允許的過電流，然而在故障條件下，器件承受較大的故障 電流，這是不允許的，所以要用某些方法保護(hù)器件免受破壞。所以需要將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成 O～ 3． 3V之間變化的電壓信號，再送到控制芯片的 A/D轉(zhuǎn)換口。當(dāng)采用 上述兩項措施后大大提高了管子的可靠性。在正常情況下，采樣值小于設(shè)定值系統(tǒng)正常工作 。為了節(jié)省表的存儲空間，實際編程時，可保存半個周期內(nèi)的正弦波離散點，即保存 N/2個點，然后用交替的方式輸出 SPWM 波來控制逆變橋 的工作。內(nèi)部定時器在計數(shù)過程中 不斷與這兩個寄存器的值相比較，達(dá)到設(shè)定時間時輸出電平產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從)wt(s in w tdi ii m? ?? ????? ? ?）（ US)wt(s in wt diik ? ?? ????? ? ?）（D 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 33 頁 共 54 頁 而控制 PWM信號的周期和占空比。中斷服務(wù)子程序用 來修改 SPWM信號的占空比 。但實際上， SPWM頻率一般都很高，周期很短，要在每一個周期內(nèi)都完成脈寬的調(diào)整比較困難。當(dāng) TMR2 的中斷標(biāo)志位 TMR2IF 被置高電平時，系統(tǒng)將執(zhí)行定時中斷服務(wù)程序，圖 81所示是其 SPWM 流程圖。通過上述措 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 31 頁 共 54 頁 施，可有效保護(hù)開關(guān)管在短路與過載情況下不損壞。對于橋式逆變電路，如果發(fā)生 橋臂直通短路或負(fù)載發(fā)生短路時，流過開關(guān)管 上的 電流迅速增大，若不采取措施 在很短的 時間 內(nèi)，功率開關(guān)管被燒毀。當(dāng)輸入電壓過高時，3． 3V穩(wěn)壓管將電壓值鉗位在 3． 3V，起到保護(hù)控制芯片的作用。但是當(dāng)出現(xiàn)更為嚴(yán)重的過載，例如負(fù)載短接，逆變電路橋臂短接，變壓器原邊或副邊短接等等，故障電流將在 NMOS管中急劇上升，這時就要給 NMOS提供一個快速保護(hù)電路。用 N溝道場效應(yīng)管 作為開關(guān)管。 經(jīng)過上訴比較，本設(shè)計最后選取全橋 逆變 電路。半橋逆變電路使用的器件很少，驅(qū)動簡單，抗電路不平衡能力強，但輸出交流電壓的幅值僅為 Vd/2，同樣輸出功率條件下，功率管額定電流值要大于全橋逆變電路兩倍，且需要分壓電容器，所以一般用于中小功率 等級逆變電路。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 26 頁 共 54 頁 6 逆變電路設(shè)計 逆變電路拓?fù)浯_定 常用的電壓型單相逆變電源主電路一般有推挽逆變電路、半橋逆變電路和全橋逆變電路三種基本主電路形式。 IR2110的內(nèi)部功能框圖如圖 51所示。隨著驅(qū)動技術(shù)的不斷成熟，已有多種集成厚膜驅(qū)動器推出例如EXB840/84 EXB850/85 M57959L/AL、 M57962L/AL、 HR065 等等，它們均采用的是光耦隔離，仍受上述缺點的限制。光電隔離具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但存在共模抑制能力差，傳輸速度慢的缺點。 驅(qū)動電路設(shè)計 電力電子器件的驅(qū)動是電力電子電路與控制電路之間的接口，是電力電子系統(tǒng)的重要的環(huán)節(jié)，對整個系統(tǒng)的性能有很大的影響。為避免兩管均導(dǎo)通造成變壓器原邊短路， Q Q2的占空比均不能大于 50％，并相互錯開以留有一定的死區(qū)。從輸出端看，反激式是電流源，不能開路。適合低壓大電流場合。如圖 41(a)，電路拓?fù)浜唵?，在變?器繞組中加一去磁繞組就可以實現(xiàn)去磁，是中小功率變換器常用的設(shè)計方案。直流升壓采用 全橋 電路，工作頻率在 50kHz；高頻逆變 后經(jīng)過高頻變壓器變成高頻交流電，再經(jīng)過高頻整 流濾波電路得到 350V高壓直流電。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 17 頁 共 54 頁 脈沖的占 空度 不等寬序列脈沖也造成了每周期正弦量內(nèi)單個脈沖的占空度差異，在正弦量換向過零點左右近旁的兩個脈沖具有最小的占空比，這利于減小對負(fù)載及濾波器件的沖擊和損耗。所以，形成 SPWM波的 N必然是 6或 6以上的偶數(shù)正整數(shù)數(shù) 列，即自起始端向上遞增的 N數(shù)列 為 6+2+2+?。 例如，按（圖 28）的調(diào)制情況，運算所得的交點數(shù)據(jù)如（表 21）所示，表中其余3/4部分的數(shù)值可由同理類推 。由于載波比（ N）是人為選定的 ，因而 N的變化將影響直線的數(shù)量（ n）、直線的傾角、直線與直線相交后交叉點的相位角和正弦曲線與某一直線交點的相位角（ np ）。當(dāng)正弦基波與若干個等幅的三角載波在時間軸上相遇時，并令正弦波的零點與三角波的峰點處于同相位（圖 28a），所得的交點（ p）表達(dá)為時間意義上的相位角和對應(yīng)的瞬時幅值，交點間的相位區(qū)間段表示以正弦部分為有效輸出的矩形脈沖群（圖 28b）。 典型的 H橋逆變電路很容易理解（圖 27）， ur t2 t3 t1 T1 M ut 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 12 頁 共 54 頁 (a)負(fù) 載(b) ( c ) 圖 27H橋和交流電流 波形圖 對角聯(lián)動的兩個開關(guān)器件和與之對應(yīng)的另一組對角橋臂同時實施交替的開關(guān)作業(yè)時，建立運行后，流經(jīng)負(fù)載的電流即為交流電流（圖 27b），考慮到功率器件關(guān)斷時的滯后特性避免造成短路，通常都做成（圖 27c）的波形結(jié)構(gòu)。其原理就是用三角波對正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階 梯波與三角波的交點時刻控制開關(guān)器件的通斷，從而實現(xiàn) SPWM法。單極性正弦脈寬調(diào)制原理波形如圖 23 所示， 用單相正弦波全波整流電壓信號與單向三角形載波交截、再通過倒相得到功率開關(guān)驅(qū)動信號，或直接用參考正弦波與單向三角形載波交截產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動信號。 根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)后， SPWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計算出來。 根據(jù)上面理論我們就可以用不同寬度的矩形波來代替正弦波，通過對矩形波的控制來模擬輸出不同頻率的正弦波。利用 SPWM 逆變器能夠抑制或消除低次諧波。 隨著逆變器在交流傳動、 UPS電源和有源濾波器中的廣泛應(yīng)用，以及高速全控開關(guān)器件的大量出現(xiàn)， SPWM技術(shù)己成為逆變技術(shù)的核心，因而受到了人們的高度重視。 圖 22 用 SPWM 波代替正弦半波 要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可 得到 SPWM 電流波：電流型逆變電路進(jìn)行 SPWM 控制，得到的就是 SPWM 電流波。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 5 頁 共 54 頁 2 逆變電源原理 開關(guān)逆變電源原理 在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論：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，其效 果基本相同，沖量即指窄脈沖的面積。隨著逆變技術(shù)復(fù)雜程度的增加，所需處理的信息量越來越大，而微處理器的誕生正好滿足了逆變技術(shù)的發(fā)展要求，從 8位的帶有 PWM口的微處理器到單片機，發(fā)展到今天的 32位 DSP器件，使先進(jìn)的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、模糊控制等在逆變領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用。 另外，逆變技術(shù)在弧焊電源、通信開關(guān)電源、醫(yī)用電源、變頻電源以及航空逆變器等領(lǐng)域都有應(yīng)用。在市電停電時，蓄電池通過逆變器向負(fù)載繼續(xù)供電。 近年來隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，人們對逆變電源的需求也與日俱增，逆變電源也因此顯示了其強大的生命力。由于在用電高峰期間或者雷電、暴風(fēng)雨等自然災(zāi)害可能造成市電電網(wǎng)的超量波動，甚至供電中斷。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計 （論文） 報告用紙 畢業(yè)設(shè)計論文 逆變電源的設(shè)計 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計 （論文） 報告用紙 目 錄 引言 ..................................................................... 1 1 緒論 .................................................................. 2 逆變電源的廣泛應(yīng)用 .................................................... 2 逆變電源的發(fā)展趨勢 .................................................... 3 本課題的任務(wù) .......................................................... 3 2 逆變電源原理 ........................................................ 5 開關(guān)逆變電源原理 ...................................................... 5 SPWM 概述 ............................................................. 6 SPWM 調(diào)制 ............................................................. 7 單極性正弦波脈寬調(diào)制方式 ............................................ 8 雙極性正弦波脈寬調(diào)制方式 ............................................ 9 SPWM 的采樣方法 ...................................................... 10 自然采樣法 ......................................................... 10 規(guī)則采樣法 ......................................................... 10 等面積法 ........................................................... 11 SPWM 生成方法 ........................................................ 11 調(diào)制過程特征 ....................................................... 13 載波比 (N) .......................................................... 15 脈沖的占空度 .......................................