【導(dǎo)讀】與銀行、通信、醫(yī)院、金融等重要機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括逆變電路原理分。低的絕緣柵雙極晶體管IGBT。逆變電源輸入輸出都經(jīng)過(guò)變壓器進(jìn)行電氣。隔離，使整個(gè)電路系統(tǒng)與外接電網(wǎng)和負(fù)載完全電氣隔離。號(hào)反饋到控制電路中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自我保護(hù)功能。進(jìn)行分析，使輸出電壓幅值穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)。

　　

【正文】 重合，且矩形脈沖和相應(yīng)的正弦脈沖部分面積（沖量）相等 ，便得到 42b 所示的脈沖波，這就是 PWM 波形。 從圖可以看出，個(gè)脈沖幅值相等，而寬度按正弦規(guī)律變化 。根據(jù)脈沖等效原理， PWM 波形和正弦半波的面積是等效的。 諸如 這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化且和正弦波等效的 PWM 波形，也稱(chēng)為 SPWM 波形。要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。 單相 PWM 逆變電路及其控制方法 SPWM 波形實(shí)現(xiàn)方法 面積等效法 面積法方案直接闡述解釋了 SPWM 法的原理，先將正弦波用數(shù)量a） b） ωt ωt u u 圖 42 用 PWM 波代替正弦波 a）正弦半波 b）脈沖序列 0 0 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 相等的同幅度不同寬度的矩形脈沖序列代替，再將脈沖之間的間隔與寬度計(jì)算出來(lái)，將結(jié)果儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)生成 PWM 信號(hào)，以此來(lái)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)合，實(shí)現(xiàn)最終目的。這種方法的優(yōu)點(diǎn) 在于 各開(kāi)關(guān)開(kāi)合的時(shí) 間 計(jì)算的非常 精確 ，因?yàn)樗某霭l(fā)點(diǎn)是基于 SPWM 的基本原理 ，最終得到的波形與正弦波也比較接近。 缺點(diǎn)是由于 SPWM 波形產(chǎn)生需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計(jì)算， 繁瑣的計(jì)算過(guò)程在實(shí)時(shí)控制問(wèn)題上存在弊端。 硬件調(diào)制法 此方法 是針對(duì)面積等效法計(jì)算過(guò)程繁瑣的缺陷而提出的。 它的原理是：首先 把期望輸出的波形作為 調(diào)制信號(hào)，其次它的載波就是接受調(diào)制的信號(hào)，最后使調(diào)制載波產(chǎn)生 期望輸出 的 PWM 波形。一般載波是采用等腰三角形的，最后需要的 SPWM 波形就是當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波的時(shí)候。它實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，將三角形載波以及正弦調(diào)制波產(chǎn)生電路來(lái)構(gòu)成模擬電路，它們的交點(diǎn)可以用比較器來(lái)確定，對(duì)開(kāi)關(guān)器件的通斷 控制就是在其交點(diǎn)時(shí)刻，這樣就會(huì)形成 SPWM 波。但 由于此種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 對(duì)其不容易實(shí)現(xiàn)精確控制 。 實(shí)際應(yīng)用中大多采用調(diào)制法，以下結(jié)合實(shí)際電路對(duì)這種方法做進(jìn)一步說(shuō)明。 圖 43 采用 IGBT 作為開(kāi)關(guān)器件的單相橋式 PWM 逆變電路。 設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí) VT1 和 VT2 的通斷狀態(tài)互補(bǔ)， VT3 和 VT4 也互補(bǔ)?？刂七^(guò)程如下： 在輸出電壓 uo 的正半周， 使 VT1 保持通態(tài) ， VT2 保持?jǐn)鄳B(tài)， VT3 和 VT4 交替導(dǎo)通。由于感性負(fù)載電流比電壓滯后，因此在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段為負(fù)。在負(fù)載電流為正的區(qū)間，VT1 和 VT4 導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓 uo 等于直流電壓 Ud； VT4 關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流流過(guò) VT1 和 VD4 續(xù)流， uo=0。在負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，仍為 VT1 和VT4 導(dǎo)通時(shí)，因 io 為負(fù) ，所以 io 實(shí)際上從 VD1 和 VD4 流過(guò)，此時(shí)仍有uo =Ud； VT4 關(guān)斷， VT3 開(kāi)通后， io 從 VT3 和 VD1 續(xù)流， uo =0。于此，uo 總可以得到 Ud 和 0 兩種電平 。 同理，在 uo 的負(fù)半周，使 VT2 保持通態(tài)， VT1 保持?jǐn)鄳B(tài)， VT3 和VT4 交替通斷，負(fù)載電壓 uo 可以得到 Ud 和 0 兩種電平。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 43 單相橋式 PWM 逆變電路 軟件調(diào)制法 軟件生成法就是 通過(guò)微機(jī)控 制技術(shù) 利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法， 它有兩種基本算 法： 自然采樣法 和 規(guī)則采樣法。 1）自然采樣法 自然采樣法就是在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷 。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是所得到 的 SPWM 波最接近正弦波， 但該方法要求解復(fù)雜的超越方程，微機(jī)在進(jìn)行計(jì)算式需花費(fèi)大量時(shí)間，難以完成實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算。 2）規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法 的輸出效果接近自然采樣法，但計(jì)算量卻比自然采樣法小很多，在工程實(shí)踐中多采用該方法。圖 44 為規(guī)則采樣法原理圖。 取三角波兩個(gè)相鄰的正峰值間距為一個(gè)采樣周期 Tc。使每個(gè)脈沖的中點(diǎn)與三角 波一周期的中點(diǎn)（負(fù)峰點(diǎn)）重合，即使每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波中點(diǎn)為對(duì)稱(chēng)。見(jiàn)圖 44 中，在三角波的負(fù)峰值時(shí)刻 tD 對(duì)正弦信號(hào)波采樣而得到 D 點(diǎn)，過(guò) D 點(diǎn)作一水平直線和三角波分別相交于 A 點(diǎn)和 B點(diǎn)，在 A 點(diǎn)時(shí)刻， tA 和 B 點(diǎn)時(shí)刻 tB 控制功率開(kāi)關(guān)器件通斷。 設(shè)正弦信號(hào)波為 tau rr ?sin? （ 41） 式中， a 為調(diào)制度， 0≤ a1； ωr 為正弦信號(hào)波角頻率。 從圖 44 可得 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 2/22/s in1 cDr Tta ?? ? ? （ 42） 因此可得 )s in1(2 Drc taT ?? ?? （ 43） 在三角波的一周期內(nèi)，脈沖兩邊的間隙寬度 σ、 為 )s in1(4)(21/ Dtcc taTT ??? ???? （ 44） 圖 44 規(guī)則采樣法原理圖 SPWM 逆變電路諧波分析 PWM 逆變電路可以使輸出電壓、電流接近正弦波，但在使用載波對(duì)正弦信號(hào)波進(jìn)行調(diào)制時(shí)，也產(chǎn)生了和載波有關(guān)的諧波分量。 由于諧波分析過(guò)程 很負(fù)責(zé)繁瑣，而結(jié)論卻簡(jiǎn)單直觀。因此，這里僅對(duì)典型的頻譜圖做諧波分析。 圖 45 給出了取不同調(diào)制度 a 時(shí)，單相橋式 PWM 逆變電路在雙極性調(diào)制方式下輸出電壓的頻譜圖。諧波角頻率為 rc kn ?? ? （ 45） 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 式中， n=1， 3， 5??時(shí)， k=2， 4， 6??； n=2， 4， 6??時(shí)， k=1， 3，5??。 從圖可得到， PWM 波中不含有低次諧波，只含有角頻率為 ωc 及其附近的諧波，以及 2ωc、 3ωc 等附近的諧波 。在上述諧波中，幅值最高。影響最大的是 角頻率為 ωc 的諧波分量。 圖 45 單相橋式 PWM 逆變電路輸出電壓頻譜圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 第 5 章 總結(jié)與 展 望 全文工作總結(jié) 對(duì)于逆變電源而言，提高逆變電源的性能是非常重要的。其中，提高直流電壓利用率可以提高逆變電源的輸出能力。減少功率器件的開(kāi)關(guān)次數(shù)可以降低開(kāi)關(guān)損耗。 本文著重研究設(shè)計(jì)了基于 UC3524 的逆變電源，包括逆變主電路設(shè)計(jì)方案、脈沖發(fā)生電路、保護(hù)及反饋技術(shù)。論文主要工作概括如下： 從橋式逆變的優(yōu)點(diǎn)和提高逆變電源的效率效率出發(fā)，分析了逆變主電路的結(jié)構(gòu)方案，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出逆變主 電路。在主電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，功率開(kāi)關(guān)器件的選擇關(guān)系到整個(gè)逆變電源的工作效率，開(kāi)關(guān)器件選擇目前運(yùn)用廣泛的 IGBT，論文對(duì) IGBT 在實(shí)際中應(yīng)用應(yīng)注意的問(wèn)題做了分析。 給出了基于 UC3524 的脈沖發(fā)生方式， 利用 UC3524 雙端脈沖輸出端 ，產(chǎn)生脈沖方波，雙路脈沖相位相差 180176。 。由于 UC3524 輸出脈沖信號(hào)功率小，不足以驅(qū)動(dòng) IGBT 工作，所以先對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行兩級(jí)功率放大，使其滿載 IGBT 驅(qū)動(dòng)要求。 研究了 逆變 控制系統(tǒng)中控制變量的采樣延時(shí)，為了盡量減小 A/D轉(zhuǎn)換 對(duì) 逆變 控制逆變系統(tǒng) 工作負(fù)擔(dān)加大的影響 ，進(jìn)行了輸出電 壓 A/D 采樣方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在輸出電壓反饋信號(hào) 周期 采樣 ， 轉(zhuǎn)換完成后 將 采樣結(jié)果 返回到控制系統(tǒng) ，大大 削減了微機(jī)的工作量 。 對(duì)電網(wǎng)供電是否正常提提出了實(shí)時(shí)監(jiān)控方案，并對(duì)電網(wǎng)因故障而造成斷電時(shí)，設(shè)計(jì)出自動(dòng)電源切換電路。考慮到電網(wǎng)含有的各種諧波對(duì)逆變電源正常工作可能產(chǎn)生的干擾，在對(duì)電網(wǎng)供電情況進(jìn)行檢測(cè)是，都是通過(guò)變壓器將逆變電源與電網(wǎng)進(jìn)行電氣隔離。 引入微機(jī)控制。微機(jī)在逆變電源中起到處理逆變電源各種工作信息，并對(duì)信息進(jìn)行分析處理后發(fā)出相應(yīng)的控制命令，同時(shí)將逆變電源的工作狀態(tài)信息顯示處理，供操作員觀察 檢測(cè)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 后續(xù)工作展望 本文采用理論分析、部分硬件電路仿真的方法，對(duì)逆變電源的工作原理、控制策略、保護(hù)設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行了研究。 撰寫(xiě)論文的過(guò)程也是對(duì)作者相關(guān)工作的階段性總結(jié)。由于時(shí)間和精力的限制，所涉及的內(nèi)容只是逆變技術(shù)的一個(gè)局部。有關(guān)后續(xù)研究工作，可望在以下方面取得進(jìn)展： 本設(shè)計(jì)的逆變電源輸出的是方波交流電，實(shí)際應(yīng)用中，多采用正弦波輸出，鑒于此，本設(shè)計(jì)后期工作將對(duì)逆變控制進(jìn)行改進(jìn)，采用 SPWM技術(shù)，控制逆變輸出正弦波。 考慮將 PID 控制與其它復(fù)雜 逆變 控制規(guī)律如自適應(yīng)控制、重復(fù)控制等相結(jié)合， 引 入 PID 控制技術(shù) ，使逆變器性能的得到進(jìn)一步提升。 微機(jī)控制采用目前工程應(yīng)用廣泛的數(shù)字信號(hào)處理器 DSP，將使逆變電源整個(gè)工作性能進(jìn)行大幅提升，而且開(kāi)發(fā)成本低，有效提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 致 謝 同時(shí)，在論文寫(xiě)作過(guò)程中，我還參考了有關(guān)的書(shū)籍，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。我還要感謝同組的各位同學(xué) ， 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見(jiàn)，對(duì)于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝！ 參考文獻(xiàn) [1] ,Jr(late),Jack (late),Steven 路分析 .北京：電子工業(yè)出版社， 2020 [2] 王兆安 . 電力電子技術(shù) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [3] 何立民 .單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 .北京：北京 航空航天大學(xué)出版社 ， [4] 張偉 .電路設(shè)計(jì)與制版 .北京：人民郵電出版社， [5] 張占松，蔡宣三，開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì) .北京 ： 電子工業(yè)出版社，洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 2020 [6] 楊興州 .新穎開(kāi)關(guān)變換技術(shù) .北京 ： 國(guó)防工業(yè)出版社， 2020 [7] 胡斌 .電子工程師九大系統(tǒng)電路識(shí)圖寶典 .北京： 人民郵電出版社 ， [8] 郭天祥 .51 單片機(jī) C 語(yǔ)言教程 .北京：電子工業(yè)出版社， [9] 高天光，徐振英 .數(shù)模轉(zhuǎn)換器應(yīng)用技術(shù) .北京：科學(xué)出版社， [10] 彭軍 .傳感器與檢測(cè)技術(shù) .西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020 [11] （英） 威廉斯著，周玉坤譯 .電路設(shè)計(jì)與技巧 .北京：電子工業(yè)出版社， [12] 王建校，楊建國(guó)，寧改娣等 . 51 系列單片機(jī)及 C51 程序設(shè)計(jì) .北京：科學(xué)出版社 ， 2020 [13] 李維 .液晶顯示應(yīng)用技術(shù) .北京：電子工業(yè)出版社， [14] 林立，張俊亮，曹旭東等 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 —— 基于 Proteus 和：電子工業(yè)出版社， [15] 駱新全，黃玲玲 .電路仿真與 PCB 設(shè)計(jì) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， [16] 鐘文耀，鄭美珠 .CMOS 電路模擬與設(shè)計(jì) .北京：科學(xué)出版社， 2020 [17] 季幼章 ， 電源技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展 [J]. 電源技術(shù)應(yīng)用 ， 2020 [18] 肖曦 ， 王麗娜 .電力電子技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [19] 李?lèi)?ài)文 ， 承慧 .現(xiàn)代逆變技術(shù)及其應(yīng)用 [M].北京 ： 科學(xué)出版社 ， 2020 [20] 胡斌等 . 電子工程師必備 — 元器件應(yīng)用寶典 .北京：人民郵電出版社， 2020 [21] 沈剛 ， 王華民 ， 劉慶豐等 . 高頻大功 率感應(yīng)加熱電源驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) [J]. 機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [22] 梁文林 ， 夏越良 .高頻感應(yīng)加熱設(shè)備的原理 ,工程計(jì)算 ,調(diào)整與維修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1986 [23] 沈錦飛 ， 惠晶 ,， 吳雷 . IGBT 超音頻感應(yīng)加熱電源用于發(fā)電機(jī)繞組焊接的研究 [J]. 焊接技術(shù) ， 2020 [24] Lefrance Pierre,Bergogne Dominique,Morel Herve,et overcurrent protecyion of high power IGBT modules[A].European on 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 Power Electronics and Applications(EPE)[C].Dresden， 2020:110 [25] Carmelo Licitra, Salvatore Musumeci, Angelo Raciti, Agostino , Romeo Letor, and Maurizio Melito. A New Driving Circuit for IGBT Devices[J]. IEEE transaction on industry applications . 1995,V10(3):373378