【正文】 隔離式變換電路 ............................................................................... 12 2． 2． 3 各種變換電路的特點(diǎn)及應(yīng)用 .............................................................. 17 2． 3 本章小結(jié) ...................................................................................................... 18 3 逆變系統(tǒng)主回路設(shè)計 ................................................................................................. 18 3． 1 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)中的功率變換技術(shù) ................................................................... 18 3． 2 逆變主電路設(shè)計 ............................................................................................ 19 3． 2． 1 硬開關(guān) PWM 變換技術(shù)概述 ................................................................. 19 3． 2． 2 主電路結(jié)構(gòu)的兩種形式 ..................................................................... 20 3． 3 前級升壓電路設(shè)計 ........................................................................................ 20 3． 3． 1 主變壓器的設(shè)計 ............................................................................... 22 3． 3． 2 輸出濾波電路設(shè)計 ............................................................................ 24 3． 4 后級逆變電路設(shè)計 ........................................................................................ 25 3． 4． 1 輸出濾波電路設(shè)計 ............................................................................ 25 3． 4． 2 功率開關(guān)管的選擇 ............................................................................ 26 3． 5 保護(hù)電路設(shè)計 ............................................................................................... 27 3． 6 本章小結(jié) ...................................................................................................... 27 4 控制電路原理及設(shè)計 ................................................................................................. 28 4． 1 PWM 控制簡介 ................................................................................................ 28 4． 1． 1 電壓型 PWM 控制 ............................................................................... 28 4． 1． 2 電流型 PWM 控制 ............................................................................... 29 4． 2 DCDC 升壓控制電路設(shè)計 .............................................................................. 29 4． 3 DCAC 逆變控制電路設(shè)計 .............................................................................. 31 4． 3． 1 SPWM 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)原理 ......................................................... 31 4． 3． 2 SPWM 調(diào)制法的分類 ........................................................................... 31 4． 3． 3 SPWM 波產(chǎn)生方法 .............................................................................. 34 4． 4 本章小結(jié) ...................................................................................................... 37 5 結(jié)果及分析 ............................................................................................................... 37 5． 1 電路相關(guān)波形 ............................................................................................... 37 6 總結(jié) ........................................................................................................................ 39 4 致謝 ........................................................................................................................ 40 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 41 5 1 緒論 逆變器是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電的電能變換裝置，它是通過功率半導(dǎo)體器 件按照特定規(guī)律的導(dǎo)通與關(guān)斷來完成逆變?nèi)蝿?wù)的。通過對市電整流后利用 現(xiàn)代逆變技術(shù)再轉(zhuǎn)換為市電標(biāo)準(zhǔn)，可以凈化市電的諧波污染 ，保護(hù)用電設(shè)備和用戶安全 。 2．高性能化。 4．小型化。隨著硬件的發(fā)展，處理器速度越來越高，促使逆變器向著智能化與數(shù)字化的方向發(fā)展嘲嘲。本文主要內(nèi)容安排如下： 1．概括介紹逆變器定義、應(yīng)用范圍、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展前景 。 圖 2． 1 逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖 1． 輸入電路 逆變器的輸入通常是直流電 (有時是市電經(jīng)過整流濾波得到的直流電 )，這 些直流電包括直流電網(wǎng)、蓄電池、光伏電池以及其他方式得到的直流電。 5．輔助電源和保護(hù)電路 控制電路與輸入輸出電路的某些部分或芯片有特定的輸入電壓要求，輔助電源就是為電路中特定的電壓需求設(shè)定的。 1． 降壓變換電路 (Buck 電路 ) Buck 變換電路的基本形式如圖 2． 2所示。 當(dāng) Q 關(guān)斷時， D 導(dǎo)通， 電感 1L 釋放能量給電容 1C 充電，電感 2L 通過 D釋放能量，保持輸出。 2．單端反激式變換電路 單端反激式變換電路的原理圖及工作波形如圖 2． 7所示。 16 圖 2． 9 半橋式變換電路原理圖 圖中 1C = 2C ，當(dāng)兩個開關(guān)管都關(guān)斷時，兩個電容中點(diǎn)電壓為輸入電壓的一半，即 221 ddd VVV ?? 。 2． 2． 3 各種變換電路的特點(diǎn)及應(yīng)用 由以上分析可知，各種變換電路的特點(diǎn)差別很大，因此應(yīng)用范圍不同。 2．雙端式變換電路的特點(diǎn)及應(yīng)用 雙端式變換電路不包括由單端式變換電路復(fù)合而成的變換電路，它們的特點(diǎn)與性能比較如下： ⑴ 推挽式變換電路使用的開關(guān)器件較少且輸出功率大，但開關(guān)管 承受的電壓高，適用于輸入電壓較低的場合。 1．硬開關(guān) PWM 變換技術(shù) 硬開關(guān) PWM 變換技術(shù)是 20 世紀(jì) 60 年代開始發(fā)展和應(yīng)用的，“硬開關(guān) 指的是開關(guān)管開通或者關(guān)斷時，其上的電壓或電流不為零，通過控制電路強(qiáng)迫其開通或關(guān)斷，這種變換技術(shù)的電路中開關(guān)管工作頻率固定，通過調(diào)節(jié)每周期開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時間調(diào)節(jié) 和穩(wěn)定輸出。 19 3． 2 逆變主電路設(shè)計 3． 2． 1 硬開關(guān) PWM 變換技術(shù)概述 隨著自關(guān)斷功率器件的發(fā)展，硬開關(guān) PWM 變換技術(shù)得到了越來越多的應(yīng)用，這種技術(shù)已經(jīng)成熟且電路結(jié)構(gòu)相對簡單，比較適合本文設(shè)計的電路使用。 ⑶ 效率要求不高的系統(tǒng) 硬開關(guān) PWM 變換電路開關(guān)管的開關(guān)損耗會降低整個系統(tǒng)的逆變效率。本文設(shè)計的逆變器采用含有高頻變壓器的電路結(jié)構(gòu)。在閉環(huán)控制模式中，當(dāng)電路帶載時，如果將反饋回路的采樣點(diǎn)限制在一個較高的電位，這個電位大于等于電路開環(huán)工作時最高輸出電壓，那么當(dāng)電路帶載工作時占空比被拉至最大，反饋回路將不起作用，電路進(jìn)入開環(huán)工作模式；而當(dāng)電路空載時，反饋回路限制由漏感導(dǎo)致的輸出電壓“虛高 。如果某些參數(shù)不能滿足要求，就要重新設(shè)定變壓器尺寸和工作頻率。 而每匝占有面積 ＇pA 及 ＇sA 與流過他的電流 I 和電流密度 J有關(guān) ＇pA =JIp (3． 8) ＇sA = JIs (3． 9) 式 (3． 8)中 pI 為原邊繞組工作電流， (3． 9)中 sI 為副邊繞組工作電流 。 3． 4 后級逆變電路設(shè)計 3． 4． 1 輸出濾波電路設(shè)計 后級逆變電路的功能就是通過一定的控制技術(shù)把高壓直流電轉(zhuǎn)換成交流電，結(jié)構(gòu)上使用全橋電路比較多，其電路原理圖如圖 3． 5 所示。 圖 3． 6 欠壓、過流及短路保護(hù)設(shè)計 實(shí)際上，過流保護(hù)和短路保護(hù)的性質(zhì)是一樣的，只是從電路過流或者短路的那個時刻開始到電路停止工作時止所用的時間不一樣。目前，控制回路多采用PWM(脈沖寬度調(diào)制器 )控制，根 據(jù)采樣類型的不同， PWM 控制器分為電 壓型控制器和電流型控制器 。 4． 2 DCDC 升壓控制電路設(shè)計 本文設(shè)計的推挽升壓電路，由于電路結(jié)構(gòu)比較簡單，為了使控制電路也盡量簡單，提高電路的可靠性，采用電壓型 PWM 控制方式。 圖 3． 9 SG3525構(gòu)成的 PWM 控制電路圖 31 4． 3 DCAC 逆變控制電路設(shè)計 4． 3． 1 SPWM正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)原理 正弦脈寬調(diào)制技術(shù) (SPWM， Sinusoida PWM)是以脈寬調(diào)制技術(shù) (PWM)為基礎(chǔ)的一種調(diào)制方式，只不過是以正弦波為調(diào)制波，輸出的控制脈沖寬度以正弦函數(shù)規(guī)律變化，它采用了控制理論的一個重要結(jié)論；即：面積 (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，產(chǎn)生的效果基本相同 ；如圖 3． 10 所示。對于圖 3． 11 中的全橋逆變電路，正弦波大于三角波的時間內(nèi)開 32 關(guān)管 1Q 、 4Q 導(dǎo)通，產(chǎn)生二階 SPWM正脈沖波形，正弦波小于三角波的時間內(nèi)開關(guān)管 2Q 、 3Q 導(dǎo)通，產(chǎn)生二階 SPWM 負(fù)脈沖波形，負(fù)載上的電壓波形如圖 3． 12 所示，只有 +E、 E 兩種電平，開關(guān)頻率與載波頻率相同，所以稱這種調(diào)制方式為二階SPWM 調(diào)制法。同樣，用兩組相位相反幅值相同 的三角波與同一個正弦調(diào)制波作比較得到兩個二階 SPWM 波，它們相減也可以得到三階 SPWM 波，如圖 3． 14 所