单相正弦波逆变电源的设计-精品 - 图文(3)

邵阳学院毕业设计（论文）

3 单相电压型正弦波逆变电源的主电路设计

3.1 主电路开关管参数的确定

我用30W，20?的电阻作为负载，流过主电路的电流有1.22A，查资料可知型号为IRF540N的MOSFET管满足要求。经过方案论证后，主电路采用的是全桥逆变电路，即H桥。单相电压型桥式逆变电路，的输入电压是12V，由四个MOSFET开关管组成逆变桥，经滤波电路后到负载[5]。其主电路图如下图3.1所示。

图3.1 逆变电路的主电路图

3.2 缓冲电路

缓冲电路在电力电子中是必不可少的，有了它的存在，电路的性能将得到很大的改善。缓冲电路（Snubber Circuit）又称为吸收电路，它的主要作用是抑制电力电子器件在工作时的过电压（du/dt）和其在工作时的过电流（di/dt），目的是降低开关器件的开关损耗。

缓冲电路应用在电力电子中，是为了使开关设备在工作时得到想要的电压和电流波形。由于电力电子器件工作在开关状态，它的开通和关断时间虽然很短，但这个很短的开通和关断时间对电路性能有着很大的影响。因此，对开关时间的分析也是必不可少的。在电力电子器件开通的一瞬间，它的等效阻抗很大，这时假如通过开关设备的电流迅速提高，该器件就会产生很大的开通损耗；器件一旦开通，就相当于一个导线，耗能很小，而它在接近完全关断时，通过它的电流还是很大，这时假如加在器件

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上的压迅速提高，该器件就会产生很大的关断损耗。无论是开通损耗，还是关断损耗对电力电子器都是不利的，严重的发热会烧毁器件。主电路中缓冲电路图如图3.2。

图3.2 MOSFET的缓冲电路

经过电力电子的学习，知道在电力电子器件中，常用的开关器件有不可控型的电力电子器件电力二极管（PD），半控型的开关器件晶闸管（SCR），全控型的开关器件有门极可关断晶闸管（GTO），电力晶体管（GTR），电力MOSFET以及IGBT等器件。在这些器件中，如果流过器件的电流太大，特别是对功率晶体管(GTR)，就会对晶体管造成二次击穿，造成不可逆转的损失。所以，在电路中安装缓冲电路是很好的保护措施。当然，在实际的电力电子电路中，有些开关器件还常由于二极管、晶闸管等的反向恢复电流而增加电力电子器件的开通电流，同时由于感性负载或导线的分布电感等原因造成器件关断时承受很高的感应电压。采用缓冲电路可以改善电力电子器件的开关工作条件[6]。

3.3 逆变电源LC滤波电路

当SPWM波经过主电路后，如果没有滤波电路那么得到的波形依然是SPWM波，不会是正弦波。因为，四个开关管的功能是在SPWM波形的的脉冲下，按照

PWM控制原理去开通和关断器件，并没有滤除高次的谐波。由于在输出的波形中有

高频率的谐波存在，不能直接去驱动负载，因为谐波的存在会让主电路损坏。所以，要在主电路中的输出端加一个低通滤波器，滤除高次谐波得到平滑的正弦波。要得到一个良好的的正弦波，滤波器参数的选择很重要。在逆变电源中，最常用的滤波器分

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?型和?型两种。由于要滤除高频率的谐波，所以要采用低通滤波器。在主电路中，

我采用的低通滤波器的电路图如图3.3所示。

图3.3 ?型低通滤波的电路图

由于输出的正弦波的基波主要是100Hz的正弦波，另外还含两倍开关频率的高频分量(20KHz)，要获得高精度的正弦波信号在输出端应加入低通输出滤波器滤掉高频分量，在这里使?型低通滤波器，其截止频率与L和C之间的关系如公式3.1。

fc=

12?LC

3.1

系统的输出频率为100HZ，开关频率为10KHZ，这里截止频率需满足如下条件满足：

100HZ<

输出电压

12V[7]。取C?7?f由公式

3.1

可得L?3.66mH。经验证得当

L=3.66mH，

C=7.0?f时，滤波效果最理想。

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4 单相正弦波逆变电源的控制电路和驱动电路的设计

4.1 PWM控制电路及其调制方法

在阐述PWM技术原理前，需要提到采样控制理论中的重要结论：冲量相等而形状不等的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。所谓冲量，即窄脉冲的面积。而效果相同，是指该环节的输出响应波形基本相同。根据这个结论，可以用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦波，或其它信号波。图4.1为一个与正弦半波等效的PWM脉冲波形，由于脉冲宽度按正弦规律变化，也称为SPWM波。发SPWM波有计算法，调制法和跟踪控制法，其中常用的是调制法。现就，计算法和调制法进行阐述[8]。

图4.1 PWM控制的基本原理

4.1.1 计算法

所谓计算法，就是通过数值计算来发出PWM波形。就是根据所要得到的正弦波的频率、幅值和正弦波的半周期脉冲数，经过计算后，能准确的计算出所需要的

PWM波的各脉冲宽度和间隔，根据这些数据来控制逆变电路开关器件的通断，就可

得到所需PWM波形。计算法的原理很简单，但实际操作起来很困难。这种方法的缺点是计算繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都会跟着不断变化。

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4.1.2 调制法

与计算法相比，调制法就有很强的实用性。所谓调制法就是，以期望的输出的波形作调制信号，把等腰三角波或锯齿波作为载波，对调制信号进行调制后就得到期望的PWM波。其中，以等腰三角波作为载波信号的应用最多，因为等腰三角波的任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称；当此载波信号与任一平缓变化的调制信号波相交时，让开关管保持通断，这样就能在输出端得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求。按照这种理论，要想发出SPWM波，就把调制波设置为想输出的正弦波，载波设置为三角波，就可以得到想要的SPWM波。当然，调制信号波可以是任意的波形，当调制信号不是正弦波时，而是其他所需波形时，也能得到与之等效的PWM波。

现就用四个MOSFET的全控型的开关管的单相桥式电压型逆变电路，如图4.2对调制法进行详细的阐释：设负载为阻感负载，工作时V1和V2通断互补，V3和

V4通断也互补。其控制规律是，Uo正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断，负

载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段为正，一段为负，负载电流为正区间，V1和V4导通时，uo等于Ud，V4关断时，负载电流通过V1和VD2续流，uo=0，负载电流为负区间，io为负，实际上从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud，V4断，V3通后，

io从V3和VD1续流，uo=0，Uo总可得到Ud和零两种电平。在Uo负半周，让V2

保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平[9]。

图4.2 单相桥式PWM逆变电路

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