【導讀】尤其是面對經濟和科學技術發(fā)展的今天，一款穩(wěn)定，易攜帶的交流電源正。是我們現在方便生活重要的一種途徑。目前，國內外都在致力于發(fā)展新能源，太陽。能發(fā)電，風力發(fā)電，潮汐發(fā)電等。但是這些電能最終輸出的都是不穩(wěn)定的交流電，要想得到一款穩(wěn)定的交流電源，逆變技術就要發(fā)揮極大的用處了。占空比的方法來改變驅動電壓脈沖寬度來調整和穩(wěn)定輸出電壓。其主電路構成采用。的是Boost電路和全橋電路的組合?？刂齐娐凡捎玫氖荌R2110控制，產生PWM波。行了仿真設計，驗證了系統(tǒng)的可行性。

　　

【正文】 成電路芯片 IR2110， IR2110[13,14]是 IR 公司生產的大功率 MOSFET 和 IGBT 專用驅動集成電路，可以實現對 MOSFET 和 IGBT 的最優(yōu)驅動，該芯片具有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點，同時還具有快速完整的保護功能和自帶死區(qū)，因而它可以提高控制系統(tǒng)的可靠性，減少電路的復雜程度。所以選用此方案。 IR2110 的內部結構和工作原理框圖如圖 所示。 27 圖 IR2110 的內部結構 圖中 HIN和 LIN為逆變橋中同一橋臂上下兩個功率 MOS 的驅動脈沖信號輸入端。兩路輸出 HO 和 LO 分別與兩輸入 HIN 和 LIN 相對應， SD 為保護信號輸入端，當該腳接高電平時， IR2110 的輸出信號全被封鎖，其 對應的輸出端 HO 和 LO 恒為低電平；而當該腳接低電平時， IR2110 的輸出信號跟隨 HIN 和 LIN 而變化，兩路均能正常輸出，在實際電路里，該端接用戶的保護電路的輸出。 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，Vdd/Vcc 電平轉換電路把輸入邏輯信號電平轉換為輸出驅動信號電平，其兩路輸出均采用圖騰柱輸出，輸出級由兩只峰值電流為 2A 以上，內阻為 3 歐姆以下的 N 溝道 FET 組成，輸出級可提供的驅動電壓為 15V20V。驅動電路接線圖如圖 所示，懸浮電源 VB 可以從電源 VCC 通過二極管 DIODE 對電容 C7 充電自舉獲得（因為對于橋式電路，每一路驅動都必須獨立的直流電源）其二極管必須是快恢復二極管其耐壓值必須超過主電路直流輸入電壓，電容 C7 的電容值的選取決定于開關頻率及 MOSFET 輸入電容充放電的要求等。 H0 和 L0 是兩路驅動信號輸出端，驅動同一橋臂的 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。 VB 和 VS 之間的電容為自舉電容。自舉電容電壓達到 以上，才能夠正常工作，一般來說， SPWM 的開關頻率較高，應采用小容量電容，以提高充電電壓， 28 否則在有限 的時間內無法達到自舉電壓，實驗表明采用 33μF 的自舉電容時，驅動電路的工作狀態(tài)良好。 圖 驅動電路 也可以采用分立元件去驅動，分立元件主要采用對管來實現信號的放大和隔離，但是其沒有保護功能，不易實現對下級電路的保護，并且電路復雜，給調試帶來很 多不便，費用也比較昂貴，沒有上述用專用驅動芯片驅動比較好，所以不選用這種驅動方法。 輔助電路的設計 過流保護電路 過流保護電路 [14]如圖 所示。此電路是過流保護電路，其中 100kΩ電阻用來限流，通過比較器 LM311 對電流互感器采樣轉化的電壓進行比較， LM311 的 3腳接 10kΩ電位器來調比較基準電壓，輸出后接 100Ω的電阻限流，它與后面的 220181。F的電容形成保護時間控制。當電流過流時比較器輸出是高電平產生保護，使 SPWM不輸出，控制場效應管關閉。等故障消除，比較器輸出低電平，逆變器 又自動恢復工作。 29 圖 過流保護電路圖 開關管驅動信號 電路 單極性倍頻正弦脈沖寬度調制方法的驅動信號形成電路如圖 所示。 圖 PWM 驅動信號形成電路 (1) 主電路中 4 個開關器件 T1 到 T4 的驅動信號 VG VG VG VG4 由上圖生成。圖中的 A、 B 為比較器。 T T2 的驅動信號 VG VG2 由正弦波 Vr 和三角波 Vc 的瞬時值相比較確定； T T4 的驅動信號 VG VG4 由瞬時值 Vr、 Vc 之和 Vr+Vc 的正負值確定。其中， Vr=Vrmsinωt=Vrmsin 2πfrt=Vrmsin(2πt/Tr)，被稱為正弦參考電壓，其幅值為 Vrm，頻率 fr=1/Tr， Tr 為其周期；三角波 Vc 被稱為高頻 30 三角載波，其最大值為 177。Vrm，頻率為 fc。三角波與正弦波頻率比值稱為載波比N=fc/fr。正弦波幅值之比值勤稱為調制比 M=Vrm/Vcm。由圖可知正弦波與三角波的瞬時值決定了 4 個開關管的驅動信號及其通、斷狀態(tài)。 LC 濾波電路 LC 濾波電路如圖 所示。 圖 LC 濾波電路 LC 濾波器一般是由濾波電抗器、電容器和電阻器適當組合而成，與諧波源并聯，除起濾波作用外，還兼顧無功補償的需要， LC 濾波器具有結構簡單、設備投資少、運行可靠性較高、運行費用較低等優(yōu)點，應用很廣泛。 LC 濾波器又分為 單調諧濾波器 、 高通濾波器 、 雙調諧濾波器 及三調諧濾波器 等幾種。 LC 濾波主要是電感的電阻小，直流損耗小，對交流電的感抗大，濾波效果好；缺點是體積大，笨重成本高。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。 RC 體積小，成本低濾波效果不如 LC 電路。 31 第 4 章 仿真分析 仿真目的 本設計采用了 控制芯片 對系統(tǒng)的主電路進行控制，對系統(tǒng)升壓電路、逆變電路、直流交流檢測電路以及過流保護電路直接控制。所以系統(tǒng)的仿真是驗證系統(tǒng)能否實現的基本方法，所以對于本設計的可行性的驗證，仿真部分至關重要。 仿真電 路 主電路仿真圖 主電路圖如圖 所示。 圖 PWM 逆變器主電路圖 將調制深度 m 設置為 ，輸出基波頻率設為 50Hz，載波頻率設為基波的 15倍，即 750Hz，仿真時間設為 ，在 powergui 中 設置為離散仿真模式，采樣時間設為 1e005s，運行后可得仿真結果，輸出交流電壓，交流電流和直流電流 。 PWM 產生圖 PWM 產生如 圖 所示 。 32 圖 PWM 脈沖觸發(fā)電路 在 Simulink 的 “ Source” 庫中選擇 “ Clock” 模塊，以提供仿真時間 t， 乘以 2∏f后再通過一個 “ sin” 模塊即為 sinwt，乘以調制比 m 后可得到所需的正弦波調制信號。三角載波信號由 “ Source” 庫中的 “ Repeating Sequence” 模塊產生 ， 正確設置參數，三角波經過處理，便可成為頻率為 fc的三角載波。將調制波和載波通過一些運算與比較，即可得出下圖 所示的 雙 極性 SPWM 觸發(fā)脈沖波形。 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。 圖 逆變電路輸出波形 輸出電壓分析 對上圖進行電壓的 FFT 分析如圖 所示。 由 FFT 分析可知： 在 m=，fc=750Hz， fr=50Hz，即 N=15 時，輸出電壓的基波電壓的幅值 U1m=，基本滿足理論上的 U1m=m*Ud(即 300*=150)。諧波分布中最高的為 第 15 次和 2 31 次諧波，分別為基波的 %和 %、 %，考慮最高頻率為 4500Hz 時的 THD達到 %。 34 圖 輸出電壓的 FFT 分析 輸出電流分析 對輸出電流 io 進行 FFT 分析， 如圖 所示。 由 FFT 分析可知：在 m=，fc=750Hz， fr=50Hz，即 N=15 時，輸出電流基波幅值為 ，考慮最高頻率為4500Hz 時的 THD=%，輸出電流近似為正弦波。改變調制比 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。 35 圖 輸出 電流 的 FFT 分析 在調制比 m（ ）、載波頻率 fc（ 750Hz）、調制波頻率 fr（ 50Hz）的情況下，通過對電壓電流的分 析，可知道 PWM 控制方式輸出電壓 THD=%，輸出電壓諧波次數較高，更容易濾除；輸出電流 THD=%，即輸出電流諧波含量明顯更小，更接近于正弦波。綜上所述： PWM 控制的逆變電源是比較穩(wěn)定的。 36 第 5 章 結束語 結論 通過本次畢業(yè)設計 對 PWM 控制單相橋式逆變電源，從理論到仿真， 得出了 以下 的結論 ： 第一，分析了 PWM 逆變電源設計的基礎知識，為本設計的開展奠定了理論基礎； 第二，獨自完成結構框架，學會 matlab 仿真軟件的使用，用仿真軟件驗證了系統(tǒng)的可行性； 第三，在本設計系 統(tǒng)當中，解決了 simulink 中模塊參數的修改方法 ，并且了解了 IR2110 的內部結構，了解了過流保護電路設計方法。 在設計過程中，對設計所用的各類軟件都有了一定的掌握和了解，如 CAD、Word、 ppt 等。 本課題的研究雖然取得了一定的收獲，但在很多方面還有待于進一步的改進和完善 。 比如 IR2110 控制芯片 閉環(huán)控制的問題、電流電壓檢測值的誤差分析等問題。這些問題雖然在本設計中得到了一部分的解決，但是解決方案不是特別理想，有待于進一步的研究。 展望 目前，逆變技術的核心部分逆變器和控制部分，雖然自關斷器件 的產生簡化了主電路的繁瑣，但是器件的開關頻率，器件的功率，觸發(fā)電路的設計以及壽命仍受一定的限制，所以將會導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略有成熟，但是有些控制方法還只是理想預測，實現起來還很困難，所以對逆變電源的研究仍具有十分深遠的意義。 37 參考文獻 [1] 王兆安，劉進軍．電力電子技術 [M]．北京：機械工程出版社， 2020 [2] 楊萌福，段善旭，朝澤云．電力電子裝置及系統(tǒng) 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華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在單老師的指導下完成的，傾注了單 海歐 老師大量的心血。在此，謹向單 海歐 老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！對于院里領導的關心和實驗室的老師們的辛勤，給我們提供了實驗室這樣一個良好的設計環(huán)境表示深深地感謝；感謝實驗室老師的指導和幫助 .我的畢業(yè)課題是 PWM 控制單相橋式逆變電源系統(tǒng)的設計，是一個實際的小工程。作為一個本科生，我對實際的工程設計認識不夠，經驗不足， 難 免在設計的整體框架中，有很多的細節(jié)沒有考慮。我們的指導老師單海 歐 老師并沒有指責，而是給予我們鼓勵和很多寶貴的建議，并且悉心引導，給予我們一個比較清晰的設計思路。正是基于單 海歐 老師的悉心指點和大家的全心的幫助，我才能比較順利地完成畢業(yè)設計。