基于PWM的正弦波電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、學(xué)校代碼：11517 學(xué) 號(hào)：201150712302 henan institute of engineering 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 基于pwm的正弦波電源的設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名 韓立業(yè) 專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化1123班學(xué) 號(hào) 201150712302 系 （部） 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) 牛亞莉（副教授） 鄧麗霞（講師） 完成時(shí)間 2013年5月 20日 河南工程學(xué)院論文版權(quán)使用授權(quán)書本人完全了解河南工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項(xiàng)內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手

2、段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)家有關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部?jī)?nèi)容用于學(xué)術(shù)活動(dòng)。 論文作者簽名： 年 月 日 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文，是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開(kāi)發(fā)表或者沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表的作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 論文作者簽名：

3、年 月 日河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目 基于pwm的正弦波電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào) 201150512302 姓名 韓立業(yè) 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容： 設(shè)計(jì)一個(gè)基于pwm的正弦波電源，包括電源逆變系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和控制方式、硬件電路的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)等。根據(jù)仿真模型焊接，并選擇各元器件，作出實(shí)物，并將實(shí)物的實(shí)際輸出與模型比較，校正并調(diào)整，并將此電源在實(shí)驗(yàn)室制作出實(shí)物?；疽? 1、掌握pwm控制技術(shù)，確定總體設(shè)計(jì)方案。 2、熟悉逆變器工作原理，完成器件選型，繪制系統(tǒng)硬件原理圖。 3、完成硬件電路的焊接、測(cè)試。 4、編寫軟件程序，進(jìn)行

4、軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試。 主要參考資料：1 劉風(fēng)君. 正弦波逆變器. 北京科學(xué)出版社, 20022 王水平等. pwm控制與驅(qū)動(dòng)器使用應(yīng)用電路. 西安電子科技大學(xué)出版社, 20043 王兆安. 電力電子技術(shù)，第五版. 北京機(jī)械工業(yè)出版社, 20094 錢照明，葉忠明，董柏藩.電力系統(tǒng)自動(dòng)化.北京科學(xué)出版社，1997（21）:35-70 5 李先允,姜寧秋.電力電子技術(shù).中國(guó)電力出版社，2007(6):17-29 完 成 期 限：指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日目 錄 摘 要iabstractii1 緒論11.1 論文的來(lái)源目的及意義11.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)11.3 研究概況21.4 主要內(nèi)

5、容22 逆變器的主要控制方式42.1 逆變器的模擬控制方式42.1.1 電壓型控制方式42.1.2 單周期控制技術(shù)52.2 逆變器的數(shù)字控制53 逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及其控制策略73.1 逆變系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)73.2 spwm控制技術(shù)原理及其實(shí)現(xiàn)83.2.1 spwm控制技術(shù)原理83.2.2 spwm控制脈沖的實(shí)現(xiàn)方式104 系統(tǒng)硬件電路134.1 電源的整體結(jié)構(gòu)和原理134.2 逆變電源主電路的設(shè)計(jì)及仿真134.2.1 死區(qū)時(shí)間控制電路144.2.2 輸出lc濾波器的計(jì)算154.2.3 功率開(kāi)關(guān)管的選擇164.3 驅(qū)動(dòng)電路174.4 緩沖電路204.5 采樣調(diào)制電路214.6 過(guò)欠壓保護(hù)電路224

6、.7 本章小結(jié)245 電源的實(shí)現(xiàn)256 總結(jié)27致 謝28參考文獻(xiàn)29附 錄31基于pwm的正弦波電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于pwm的正弦波電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要伴隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展以及變頻電源的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)作為變頻電源中重要的部分逆變器也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的逆變器多為模擬控制或模數(shù)控制相結(jié)合的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成化程度低，并且價(jià)格高，因此逆變器的數(shù)字化成為了一種趨勢(shì)。逆變器主要包括逆變主電路、控制電路、濾波電路及其他輔助電路。本設(shè)計(jì)首先介紹逆變電源的傳統(tǒng)控制及數(shù)字化控制方式，接著介紹逆變電源的基本結(jié)構(gòu)，分析逆變電源的spwm控制原理，編寫了spwm的產(chǎn)生程序。隨后進(jìn)行了逆變系統(tǒng)的硬

7、件設(shè)計(jì)，主要包括逆變主電路、死區(qū)時(shí)間控制電路、dc-dc升壓模塊等，并確定了電路中各元器件的型號(hào)。在proteus中完成了系統(tǒng)的仿真與調(diào)試，在仿真中系統(tǒng)的參數(shù)滿足了設(shè)計(jì)要求，之后完成實(shí)物的制作，完成實(shí)物后，經(jīng)測(cè)試結(jié)果并未達(dá)到要求。關(guān)鍵詞 逆變器/數(shù)字控制/脈沖寬度調(diào)制iidesign and realization of sine wave power supply based on pwmabstract with the development of science and technology, variable frequency power supply applied more w

8、idely in our life, but also put forward higher requirements on as an important part of the inverter frequency conversion power. the traditional inverter to control the system, simulation of control or modulus control combined with a complex structure, the integrated degree is low, and the price is h

9、igh, so the digital inverter has become a trend.inverter includes the main circuit, the inverter control circuit, filter circuit and other auxiliary circuit. this design introduces the traditional inverter power control and digital control mode, and then introduces the basic structure of inverter, s

10、pwm control principle of inverter power supply, the generation process of spwm. then the hardware design of inverter system, includes the main circuit, control circuit of inverter dead time, dc-dc converter module, and to identify the components in the circuit model. the simulation and debugging of

11、the system in the proteus system in the simulation, parameters meet the design requirements, after the completion of production in kind, to complete the material, the test results do not meet the requirements.key words inverter,digital control,pwm1 緒論電力電子器件產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代末，隨著幾十年的發(fā)展，電力電子器件在大功率化、高頻化、集成化得到

12、了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在此期間逆變器技術(shù)也飛速發(fā)展起來(lái)。1.1 論文的來(lái)源目的及意義變頻電源就是一種交流-直流-交流轉(zhuǎn)換的電源裝置，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)為純凈的正弦波信號(hào)，該種電源可在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的頻率和電壓。它在我們的生活與工作中應(yīng)用十分廣泛，主要適用于家用電器、電子應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)室等方面，并可用來(lái)檢測(cè)各種用電電器。變頻電源中的逆變器的作用就是將直流電壓轉(zhuǎn)為交流電壓，隨著科技不斷的進(jìn)步，逆變器技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，同時(shí)對(duì)逆變器的要求也越來(lái)越高。采用模擬控制方式或模數(shù)相結(jié)合的控制方式的逆變電源的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成化程度低，并且價(jià)格昂貴。為了解決這些問(wèn)題，同時(shí)隨著高性能的數(shù)字芯片的產(chǎn)生，逆變器的數(shù)

13、字化成為了一種趨勢(shì)。pwm的全稱是pulse width modulation（脈沖寬度調(diào)制），該種控制方式的基本原理就是通過(guò)改變逆變主電路中的開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)間來(lái)得到一系列寬度不等、幅值相同的脈沖，而后用此脈沖替代設(shè)計(jì)中所需的波形。脈寬調(diào)制控制方式因其控制簡(jiǎn)單，靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，其中包括：相電壓控制pwm、脈寬pwm法、隨機(jī)pwm、spwm法、線電壓控制pwm等。所謂spwm，就是在脈沖寬度調(diào)制的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，通過(guò)改變脈沖的占空比得到正弦波的輸出。1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)及實(shí)現(xiàn) 技術(shù)指標(biāo)為:當(dāng)輸入

14、電壓為24v10%v時(shí)，經(jīng)過(guò)逆變器的輸出電壓要達(dá)到單相交流36v5%v，400hz的指標(biāo)，且輸出電流為200ma。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)確定逆變系統(tǒng)的主電路，并且確定系統(tǒng)的控制方式，完成該系統(tǒng)的軟件仿真，根據(jù)仿真的結(jié)果進(jìn)行調(diào)試，得到符合技術(shù)指標(biāo)的輸出。根據(jù)仿真模型確定各個(gè)元器件，最終做出電源的實(shí)物。1.3 研究概況逆變電源從出現(xiàn)到現(xiàn)在共經(jīng)歷了三個(gè)階段的發(fā)展，20世紀(jì)50年代末是電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期，逆變電源也產(chǎn)生于這個(gè)時(shí)代。逆變電源出現(xiàn)之初逆變電路中采用了thyristor（晶閘管）開(kāi)關(guān)器件，因?yàn)殡娐分胁捎镁чl管器件，該種逆變電源也稱為可控硅逆變電源。這是逆變電源發(fā)展的第一個(gè)階段。此種電源的出現(xiàn)使

15、逆變技術(shù)向前發(fā)展了一大步，同時(shí)也帶來(lái)一些問(wèn)題：在逆變電源中增加了換流裝置，增加了其復(fù)雜性，并且有噪聲大、體積大等缺點(diǎn)。第二代的逆變電源采用gto、gtr、igbt等關(guān)斷器件作為開(kāi)關(guān)器件。此種電源的優(yōu)點(diǎn)如下：由于采用了自關(guān)斷器件，因此電路中不需要換流裝置，這就減小了電源的體積，并降低了成本，使得逆變電源的開(kāi)關(guān)頻率、動(dòng)態(tài)壓降均減小。但是該種電源也有缺點(diǎn)，就是對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性不強(qiáng)。第三代的逆變電源是應(yīng)對(duì)前兩種電源中出現(xiàn)的缺點(diǎn)而提出的。第三代逆變電源采用mosfet管，理論上說(shuō)這種加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管無(wú)需驅(qū)動(dòng)功率，因此不存在驅(qū)動(dòng)電流的多次放大，驅(qū)動(dòng)只要使mos絕緣柵充電過(guò)程中輸出一定的脈沖幅度，即

16、可使開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，并且其柵極并不消耗功率。該種逆變電源的出現(xiàn)大大提高了系統(tǒng)對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性以及其動(dòng)態(tài)特性。1.4 主要內(nèi)容通過(guò)前期對(duì)相關(guān)資料的查閱，本文分析和對(duì)比了全橋及半橋逆變結(jié)構(gòu)及其控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)比較，本文選用電壓利用率較好、實(shí)際效果更好的單相全橋逆變電路作為本設(shè)計(jì)的主電路，隨后介紹了系統(tǒng)輔助電路的設(shè)計(jì)，并給出了產(chǎn)生spwm波形方法及其程序，最后利用proteus軟件完成了系統(tǒng)仿真，分析其有效性和可行性后做出了相應(yīng)的實(shí)物。本文的內(nèi)容分為以下幾個(gè)章節(jié)：（1）介紹本課題的來(lái)源、目的及其意義，并介紹逆變電源的國(guó)內(nèi)外研究概況及其研究方向。（2）介紹逆變器的各種控制方式，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的逆變器

17、控制方式與數(shù)字化控制方式的比較，得出數(shù)字化的逆變器是逆變器發(fā)展的趨勢(shì)。（3）介紹逆變系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，具體分析spwm單相全橋逆變電路的工作原理及單極性、雙極性spwm控制方式，給出了spwm控制脈沖的實(shí)現(xiàn)方法，即利用單片機(jī)芯片生成spwm波。（4）本章主要是對(duì)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，通過(guò)分析并計(jì)算逆變器中的元器件的參數(shù)并選擇各元器件的型號(hào)，對(duì)整個(gè)硬件系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，主要包括逆變主電路、控制電路、主電路的驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。（5）逆變電源的制作。（6）總結(jié)。2 逆變器的主要控制方式傳統(tǒng)的逆變器控制方式有模擬控制和模數(shù)結(jié)合控制兩種方式，但是在這兩種控制方式下的逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。隨

18、著對(duì)逆變器性能要求的越來(lái)越高，同傳統(tǒng)控制方式比較，數(shù)字化的逆變器成本低、控制簡(jiǎn)單、可調(diào)性強(qiáng)，數(shù)字化逆變器的優(yōu)點(diǎn)使它成為了逆變器發(fā)展的一種趨勢(shì)。2.1 逆變器的模擬控制方式2.1.1 電壓型控制方式 電壓型控制方式作為傳統(tǒng)模擬控制方式中最常使用的控制方式。它的結(jié)構(gòu)及控制圖如2-1所示。圖中的誤差信號(hào)ue是通過(guò)基準(zhǔn)信號(hào)ur和采樣信號(hào)uof相比較再通過(guò)相應(yīng)的處理器而得到的，再將此信號(hào)與載波uc相比較，經(jīng)適當(dāng)?shù)倪壿嬜儞Q和驅(qū)動(dòng)電路后控制逆變器，如圖2-1(a)所示。圖2-1(b)中，g1(s)表示誤差放大器的傳遞函數(shù)，d為spwm信號(hào)的占空比，n1、n2為耦合電感的原、副邊繞組匝數(shù)，kuof為輸出信號(hào)的

19、反饋系數(shù)。（a）單閉環(huán)控制框圖（b）單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖圖2-1 電壓型單閉環(huán)控制方式2.1.2 單周期控制技術(shù)在20實(shí)際80年代末出現(xiàn)了一種新型的模擬脈沖寬度調(diào)制控制技術(shù)，該種控制為occ技術(shù)（單周期控制），它是基于脈沖寬度調(diào)制的非線性信號(hào)控制方式。這種控制理論的基本思路就是通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)占空比的控制，使得開(kāi)關(guān)變量的平均值等于或正比于基準(zhǔn)量。此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是輸入信號(hào)不受負(fù)載信號(hào)中的諧波的影響，即在有諧波的影響下輸入信號(hào)也不會(huì)發(fā)生畸變。單周期控制技術(shù)可以有效地降低系統(tǒng)的成本，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)性能得到了提高，減小了系統(tǒng)的體積，減低了成本。由于對(duì)于非線性負(fù)載的適應(yīng)性較強(qiáng)，因此單周期控制技術(shù)控

20、制下系統(tǒng)的抗干擾能力較強(qiáng)。通過(guò)非單周期技術(shù)的介紹可以看出，此種控制技術(shù)多適用于有非線性負(fù)載的系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的跟隨性、抗干擾能力要求較高的電路。2.2 逆變器的數(shù)字控制隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)逆變電源的技術(shù)提出了更高的要求，為了應(yīng)對(duì)各種不同的要求，逆變器的控制方式也越來(lái)越數(shù)字化，這也成為現(xiàn)代逆變技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。數(shù)字化的逆變器具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：（1）采用數(shù)字化控制能使系統(tǒng)的集成程度更高，集成度越高系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就越簡(jiǎn)單，同時(shí)也越容易控制，使系統(tǒng)的性能變得越來(lái)越好。（2）數(shù)字化控制方式可以使得系統(tǒng)的控制更為靈活，降低了系統(tǒng)的成本，使得系統(tǒng)的維護(hù)更為方便，系統(tǒng)的一致性得到提高。 （3）數(shù)字化的控制方式不僅

21、可以提高系統(tǒng)的安全性能，而且對(duì)于不同的設(shè)計(jì)要求，在相同的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，只需要通過(guò)調(diào)整控制軟件的參數(shù)即可得到滿足要求的系統(tǒng)。（4）系統(tǒng)維護(hù)方便，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中若出現(xiàn)故障，可以通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)中各個(gè)模型、芯片的運(yùn)行來(lái)進(jìn)行調(diào)試、判斷出故障的出處，進(jìn)行故障維修。在維修過(guò)程中可以通過(guò)修改系統(tǒng)的參數(shù)就可以完成系統(tǒng)的修護(hù)。隨著電力電子技術(shù)在生活中應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，數(shù)字化控制的逆變電源也越來(lái)越受到關(guān)注，當(dāng)今電源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)就是逆變電源的數(shù)字控制，與數(shù)字化相對(duì)應(yīng)，各種各樣的離散控制方法也紛紛涌現(xiàn)，包括模糊控制、重復(fù)控制、pid控制、無(wú)差拍控制等，隨著各種各樣的技術(shù)的出現(xiàn)，逆變電源技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，不斷的完善

22、逆變電源的各種性能。逆變電源的主要控制方式有以下幾種方式：（1）模糊控制對(duì)于傳統(tǒng)的控制方式，系統(tǒng)的控制精度要求的越高，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方面的信息要求也就越高，對(duì)于變量較少，較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，大部分的控制方式均可以正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，然而對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，一般的控制無(wú)法正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息，因此人們便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來(lái)處理這些控制問(wèn)題。近年來(lái)，隨著對(duì)逆變系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，隨之系統(tǒng)的復(fù)雜性也增強(qiáng)了，模糊控制在電力電子領(lǐng)域中的應(yīng)用引起了人們的重視。對(duì)于復(fù)雜的逆變電源的設(shè)計(jì)，模糊控制器有著以下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于使用模糊控制的系統(tǒng)，系統(tǒng)不需要有十分確定的控制對(duì)象模型，這樣就降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，同時(shí)使用模糊

23、控制的系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速，并且具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性。（2）pid控制比例-積分-微分控制（pid控制）概念明晰，使用中不需要精確的系統(tǒng)模型等先決條件，由于pid中的參數(shù)較易整定，因此是應(yīng)用最為廣泛的控制器，pid控制廣泛應(yīng)用于各種系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)控制中。由于沒(méi)有負(fù)載的逆變器相當(dāng)于一個(gè)系統(tǒng)中的振蕩環(huán)節(jié)，因此為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，積分控制部分需要再添加一個(gè)相位環(huán)節(jié)來(lái)緩解振蕩，這就與pid一般的使用有了很大的區(qū)別，同時(shí)也對(duì)pid有了新的要求。盡管pid控制可以快速的響應(yīng)反饋信號(hào)，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確的跟蹤正弦波信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)中的非線性負(fù)載對(duì)pid的影響也較大，因此使用pid控制時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，基本上無(wú)法

24、滿足系統(tǒng)的要求。實(shí)際系統(tǒng)往往在 pid控制基礎(chǔ)上增設(shè)平均值反饋以保證穩(wěn)態(tài)精度。3 逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及其控制策略為了提高逆變系統(tǒng)的性能，必須對(duì)逆變系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)有詳細(xì)的了解。在對(duì)系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，必須選擇合適的控制方式。本章詳細(xì)地介紹逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制方式并確定本設(shè)計(jì)中的控制方式。3.1 逆變系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)逆變系統(tǒng)包括逆變器及其控制電路、輔助電路等，逆變器的功能就是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，逆變器中最為主要的部分就是逆變主電路也就是使用開(kāi)關(guān)器件的電路部分，逆變主電路的作用就是將直流電逆變?yōu)榻涣麟娸敵?。同時(shí)逆變主電路還要受到控制電路的控制，通過(guò)控制電路的控制逆變主電路中的開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)間的控制，最后得到

25、一個(gè)與期望相符的輸出波形。在逆變系統(tǒng)中除了最重要的逆變主電路和控制電路以外，還包括了濾波電路、死區(qū)時(shí)間控制電路、輔助電源、驅(qū)動(dòng)部分、過(guò)壓過(guò)流電路。下面對(duì)各個(gè)部分做一些簡(jiǎn)單介紹:（1）逆變主電路作為逆變系統(tǒng)中最重要的部分，逆變主電路主要實(shí)現(xiàn)了直流電向交流電的逆變。它的主要原理就是通過(guò)對(duì)電路中的開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)間的控制來(lái)得到期望的輸出值，其中開(kāi)關(guān)管的選擇也十分重要。逆變主電路控制了輸出信號(hào)的幅值大小。（2）控制電路控制電路的功能是按照輸出要求通過(guò)調(diào)節(jié)控制脈沖控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，使得逆變主電路順利的完成逆變，控制電路控制了逆變系統(tǒng)的頻率的大小，通過(guò)改變系統(tǒng)的控制就可以改變系統(tǒng)的頻率。（3）濾波電路濾

26、波電路分為輸入濾波電路和輸出濾波電路。濾波電路的主要作用就是濾除波形中的諧波，其中逆變系統(tǒng)中的輸出濾波電路主要采用低通濾波電路。（4）采樣調(diào)理電路采樣調(diào)理電路的主要作用就是將輸出電壓采樣并就將采樣的信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)比較后，然后將比較后的信號(hào)通過(guò)處理器后再作為輸入送人逆變主電路中，直到輸出信號(hào)與基波信號(hào)一致時(shí)，采樣調(diào)理電路就不再工作。（5）輔助電源與過(guò)欠壓保護(hù)電壓輔助電源的主要作用就是將交流輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為合適的直流電壓，保證逆變主電路的正常運(yùn)行。過(guò)欠壓保護(hù)電路的主要作用就是在系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)壓，欠壓時(shí)還能使得系統(tǒng)正常的運(yùn)行，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（6）驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是保證系統(tǒng)中芯片的正常運(yùn)行。逆

27、變系統(tǒng)中的控制電路中的芯片需要驅(qū)動(dòng)電路才能運(yùn)行，spwm波的產(chǎn)生電路中也需要驅(qū)動(dòng)電路才可以正常的運(yùn)行。3.2 spwm控制技術(shù)原理及其實(shí)現(xiàn)spwm控制技術(shù)是正弦波電源的主要控制方式，通過(guò)對(duì)spwm波占空比的改變，可以調(diào)節(jié)逆變電源的頻率，本章詳細(xì)介紹spwm波的各種生成方式，確定設(shè)計(jì)中所使用的spwm實(shí)現(xiàn)方式。3.2.1 spwm控制技術(shù)原理正弦波脈寬調(diào)制（spwm）即通過(guò)按正弦波變化的脈沖控制逆變主電路中的開(kāi)關(guān)器件的通斷來(lái)得到正弦波等效的pwm波形。如圖3-1中所示為pwm波的產(chǎn)生過(guò)程，圖3-1a中為一正弦波形，為了通過(guò)正弦波得到一個(gè)正弦波形，將正弦波分為m等份，將這m等份的正弦波等效為m個(gè)脈

28、沖系列，這樣就得到了一系列寬度相同且等于/m的脈沖，這些脈沖彼此相連就形成了脈沖波形。圖3-1 用pwm波替代正弦半波由于脈沖波形是由正弦波確定的，因此個(gè)各脈沖的幅值不同，各脈沖的幅值是按照正弦規(guī)律變化的。將上述所得到的的脈沖序列使用一系列寬度不等，幅值相同的脈沖替代，由于是等效的替代正弦波，因此所得到的的矩形波脈沖序列的面積與正弦波面積相同，各個(gè)矩形脈沖的寬度是由相應(yīng)的正弦波等份確定的，通過(guò)等效替代就得到圖3-1b所示的脈沖序列，即pwm波形。spwm分為單極性與雙極性兩種調(diào)制方式。（1）單極性調(diào)制方式圖3-2是采用igbt作為開(kāi)關(guān)器件的單相橋式pwm逆變電路。單極性控制方式的原理是只在正半

29、周期或負(fù)半周期控制igbt管的通斷，像這種通過(guò)單極性控制方式得到的spwm波形的調(diào)制方式為單極性調(diào)制方式。圖3-2 單相橋式pwm逆變電路（2）雙極性調(diào)制方式 圖3-2的單相橋式pwm逆變電路在采用雙極性控制方式時(shí)的波形如3-3所示。當(dāng)采用雙極性調(diào)制方式時(shí)，由于載波uc在基波的半個(gè)周期內(nèi)的波形出現(xiàn)了有正有負(fù)的現(xiàn)象，因此經(jīng)過(guò)調(diào)制后的spwm波同樣也是有正有負(fù)，不再是單極性的變化了。在雙極性控制方式下，ur的一個(gè)周期內(nèi)輸出的pwm波只有ud兩種電平，igbt管的通斷控制也是在ur與uc的交點(diǎn)時(shí)刻。圖3-3 雙極性pwm控制方式波形對(duì)于逆變電源而言，不同的要求所采用的調(diào)制方式也不同。上述兩種調(diào)制方式

30、對(duì)于逆變主電路中的開(kāi)關(guān)器件通斷的時(shí)間控制不同，單極性控制方式中的載波只在正極性或負(fù)極性這一種極性變化，所得到的的pwm波也只有一種極性。而雙極性控制方式的載波是在正極性與負(fù)極性這兩種極性之間變化，所得到的pwm波有正也有負(fù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，逆變電源所得到的輸出波形為正弦波，因此，本設(shè)計(jì)中采用雙極性控制方式。3.2.2 spwm控制脈沖的實(shí)現(xiàn)方式以spwm為控制方式構(gòu)成的逆變器，其輸入為恒定不變的直流電壓，通過(guò)spwm技術(shù)在逆變電路中同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻。因此，以spwm為控制方式的控制方案可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。spwm波的形成方法主要有：等面積法、硬件調(diào)制法、軟件生成法。下邊主要介

31、紹硬件調(diào)制法與軟件生成法。（1）硬件調(diào)制法上述所介紹的等面積法需要大量的繁瑣的計(jì)算，因此在一般的設(shè)計(jì)中并不會(huì)使用此種方法。下邊介紹一種為了解決等面積法計(jì)算繁瑣而出現(xiàn)的方式-硬件調(diào)制法。該種方法的基本原理就是將調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)進(jìn)行比較，通過(guò)對(duì)比較后的信號(hào)進(jìn)行處理后再與調(diào)制信號(hào)進(jìn)行比較，直到與調(diào)制信號(hào)一致為止。使用硬件調(diào)制法得到spwm波時(shí)，一般情況下使用的載波為等腰三角波，而調(diào)制信號(hào)一般為正弦波。在實(shí)際的應(yīng)用中，通過(guò)模擬電路就可以實(shí)現(xiàn)載波與調(diào)制信號(hào)的比較，然后再參考調(diào)制信號(hào)對(duì)比較后的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，直到與調(diào)制信號(hào)一致為止。此種方法簡(jiǎn)單，但由于模擬電路的復(fù)雜性使得所得到的的信號(hào)準(zhǔn)確性不高。（2）軟

32、件生成法隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用軟件生成spwm波形變得容易起來(lái)，因此軟件生成法就應(yīng)運(yùn)而生。軟件生成法就是利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制，軟件生成法包括：自然采樣法、規(guī)則采樣法。本設(shè)計(jì)中主要介紹一下規(guī)則采樣法。1）規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法以一種應(yīng)用較廣的方法，圖3-4所示為規(guī)則采樣法的示意圖。取三角波的兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期tt。在自然采樣法中，每個(gè)脈沖的中點(diǎn)并不和三角波一個(gè)周期的中點(diǎn)重合。而規(guī)則采樣法中則使兩者重合，這就使得計(jì)算大為簡(jiǎn)化。在圖3-4中，三角波的負(fù)峰值時(shí)刻對(duì)正弦信號(hào)波采樣而得到m點(diǎn)，過(guò)m點(diǎn)作一水平直線和三角波分別交與a、b兩點(diǎn)，在a、b兩點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷。設(shè)三角波和正弦波

33、的幅值分別是和，周期分別是和，脈寬和間隙時(shí)間t1和由下式計(jì)算： (3-1) (3-2) (3-3)由公式3-1和3-2可以很容易求得和值，從而確定相應(yīng)的脈沖寬度。 圖3-4 規(guī)則采樣示意圖上面對(duì)pwm控制技術(shù)的原理進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)能生成spwm 控制脈沖的各種方法進(jìn)行了介紹。比較以上幾種方式可以看出軟件生成法具有抗干擾強(qiáng)，電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較理想的控制方案。一般情況下均采用dsp芯片作為spwm波產(chǎn)生的主要形式，但本設(shè)計(jì)中的功率參數(shù)要求并不高，同時(shí)考慮到成本問(wèn)題，使用單片機(jī)完全可以滿足設(shè)計(jì)的要求。本設(shè)計(jì)中采用了at89s52生成spwm波的方式，如圖3-5所示。在圖3-5所示的仿真中，

34、主要通過(guò)對(duì)單片機(jī)中的定時(shí)器的設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)spwm波的產(chǎn)生，圖中的x1為晶振，晶振大小為10khz，由它來(lái)控制單片機(jī)的輸出頻率。經(jīng)過(guò)單片機(jī)得到的spwm波形如圖3-6所示。圖3-5 spwm產(chǎn)生電路圖3-6 spwm波形334 系統(tǒng)硬件電路逆變系統(tǒng)包括逆變主電路、濾波電路、升壓電路、spwm生成電路等，根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)來(lái)確定各個(gè)電路中元器件型號(hào)，完成對(duì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。4.1 電源的整體結(jié)構(gòu)和原理通過(guò)上述對(duì)單相正弦波逆變電源的數(shù)學(xué)模型及其控制器的分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)逆變電源的整體結(jié)構(gòu)。電源的整體框圖如圖4-1所示：圖4-1 電源整體框圖逆變電源的工作過(guò)程為：輸入為直流電壓24v，經(jīng)過(guò)升壓電路后電壓

35、供給逆變器主電路。逆變主電路的控制方式為spwm控制方式，即通過(guò)單片機(jī)芯片產(chǎn)生的spwm信號(hào)，經(jīng)過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行隔離放大后來(lái)控制開(kāi)關(guān)功率管的通斷，經(jīng)過(guò)逆變器逆變后再經(jīng)過(guò)濾波電路就得到輸出為36v/400hz的交流電。4.2 逆變電源主電路的設(shè)計(jì)及仿真逆變電源主電路如圖4-2所示，逆變電路的輸入為直流電壓e=51v，是由升壓模塊得到的，本實(shí)驗(yàn)中的升壓模塊采用的是推挽式升壓模塊，它的主要優(yōu)點(diǎn)是可以將輸入電壓升壓至任何值，使用推挽式升壓電路完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。輸入電壓經(jīng)過(guò)推挽升壓電路后得到的輸出電壓作為dc-ac電路的輸入，經(jīng)過(guò)逆變h橋的逆變后得到滿足設(shè)計(jì)要求的正弦波輸出。q1-q4為四只igb

36、t管，它的開(kāi)關(guān)頻率高，損耗小，參數(shù)離散小，可靠性高，高溫性能穩(wěn)定，氣動(dòng)性能穩(wěn)定，由igbt構(gòu)成的逆變器效率高，輸出電壓與電流的波形失真小，噪音低。開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率越高，所需要的lc濾波器的體積越小，逆變器的輸出電壓諧波畸變?cè)叫?，本設(shè)計(jì)中的開(kāi)關(guān)頻率選用為10khz。圖 4-2 逆變主電路4.2.1 死區(qū)時(shí)間控制電路的設(shè)計(jì)死區(qū)時(shí)間控制電路就是為了防止輸出信號(hào)失真，由于igbt等功率器件內(nèi)部存在結(jié)電容，會(huì)造成功率器件通斷時(shí)間的延時(shí)。使用死區(qū)時(shí)間控制電路可以防止h橋中的功率器件同時(shí)出現(xiàn)開(kāi)通或關(guān)斷，通常由與非門組成。本設(shè)計(jì)中采用74hc08與74hc14組成的與非門。死區(qū)時(shí)間的計(jì)算公式為： （4-1）

37、式中：td死區(qū)時(shí)間； toffigbt關(guān)斷延時(shí)時(shí)間；tonigbt導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間控制電路如圖4-3所示。圖4-3 死區(qū)時(shí)間控制電路4.2.2 輸出lc濾波器的計(jì)算經(jīng)過(guò)逆變器后的輸出信號(hào)要經(jīng)lc濾波器濾除輸出信號(hào)中的諧波分量。本設(shè)計(jì)中l(wèi)c濾波器采用如圖4-4所示的低通濾波器:圖4-4 低通濾波器輸出電壓的波形主要和濾波電路中的電感與電容的值有關(guān)，濾波器中的電感值得大小主要影響輸出波形中的諧波，電感的值越大，輸出波形中的諧波越少，但是增大電感的同時(shí)會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能降低，增大了輸出波形的畸變程度，因此電感不能過(guò)大也不可過(guò)低。濾波電容的作用是用來(lái)濾除輸出電壓的高次諧波，電容越大，輸出的紋波越

38、小，但是逆變器的無(wú)功電流隨之也增大，使得系統(tǒng)的效率降低。濾波器中電感與電容值的選擇與濾波電路的轉(zhuǎn)折頻率有關(guān)，濾波電路轉(zhuǎn)折頻率的值如式4-2所示： (4-2)式中： fc濾波電路的轉(zhuǎn)折頻率， fs系統(tǒng)輸出信號(hào)的頻率濾波器的轉(zhuǎn)折頻率fc的計(jì)算公式為： (4-3)根據(jù)上述將式4-4改寫為： (4-4) 令上式中的，為阻抗特性。由公式4-4可得： (4-5) (4-6)與負(fù)載阻抗rl的關(guān)系為：- (4-7)其中rl的值為： (4-8)取=0.6rl，則=108。又fc的值已知，根據(jù)式4-5,4-6可得濾波器的電感，電容的大小為： l=17.197mh, c=1.474f (4-9)根據(jù)上述所求出的電感

39、電容值，本設(shè)計(jì)中的電感l(wèi)的值取18 mh，電容c取為2f。4.2.3 功率開(kāi)關(guān)管的選擇開(kāi)關(guān)器件igbt的選擇主要是由系統(tǒng)主電路的輸入電壓與輸出電流決定的。設(shè)逆變主電路的直流輸入電壓為udmax,則采用全橋逆變電路時(shí)電路中每個(gè)igbt器件所承受的最高電壓即為udmax。實(shí)際中要考慮電壓尖峰的影響，實(shí)際開(kāi)關(guān)器件所承受的最高電壓要高于udmax，其值的大小與吸收電路吸收電壓尖峰的能力有關(guān)。本文中的直流輸入電壓e=51v，考慮安全裕量，則功率開(kāi)關(guān)管igbt的額定電壓應(yīng)大于等于100v。由于流過(guò)igbt的電流iigbt之后通過(guò)濾波電路，因此igbt管中的電流值就等于濾波電感的電流的有效值il，而il的計(jì)

40、算公式如式4-10所示。 (4-10)式中：icf濾波電容電流的有效值; io逆變器輸出電流的有效值。當(dāng)系統(tǒng)短路時(shí)，輸出電流io的值為：iomax (4-11)icf的計(jì)算值如式4-12所示： (4-12)則根據(jù)式4-10可得igbt的電流的最大有效值為：ilmax=0.4390a (4-13)考慮igbt管的裕量，則igbt的電流值為： (4-14)4.3 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的作用就是將控制信號(hào)放大并驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管。驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)主要從功率器件、電氣隔離、開(kāi)關(guān)信號(hào)的頻率等方面加以考慮。目前的igbt的驅(qū)動(dòng)電路有多種形式。常用的有：（1）ttl電路驅(qū)動(dòng)方式 該種方法最為簡(jiǎn)單，就是利用晶體管

41、-晶體管邏輯電路來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件，是數(shù)字電子中最常用的電路，可以很好地對(duì)開(kāi)關(guān)器件的柵極充電。（2）隔離驅(qū)動(dòng) 此種驅(qū)動(dòng)電路主要是利用耦合器將逆變主電路與控制電路隔離起來(lái)，然后驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件。 （3）集成模塊驅(qū)動(dòng) 該種驅(qū)動(dòng)方式在數(shù)字化的逆變器中應(yīng)用的最廣，由于集成模塊的使用，使得系統(tǒng)的集成度得到了提高，簡(jiǎn)化了電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)也容易進(jìn)行維修，該種驅(qū)動(dòng)電路適用于大容量、開(kāi)關(guān)頻率高的igbt。在本設(shè)計(jì)中選用ir2112作為開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)有過(guò)流、過(guò)壓及欠壓保護(hù)等功能，具備快速保護(hù)功率電路的功能，同時(shí)該芯片的輸出引腳可被引入做軟件保護(hù)。本設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)ir2112芯

42、片驅(qū)動(dòng)全橋逆變電路，電路圖如圖4-5所示：圖4-5 ir2112驅(qū)動(dòng)電路ir2112芯片的內(nèi)部框圖及引腳圖如圖4-6所示。ir2112芯片主要由邏輯輸入、電平平移及輸出保護(hù)組成。根據(jù)上述對(duì)ir2112芯片的介紹，可以看出采用該種芯片可以減少系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目，ir2112還具有獨(dú)立的低端和高端的輸入通道，工作頻率高，并且還能實(shí)現(xiàn)光耦隔離及電磁隔離。 （a）內(nèi)部框圖（b）引腳圖圖4-6 ir2112引腳圖及內(nèi)部框圖圖中： lo （引腳1）低端輸出 nc（引腳8） 空端 com（引腳2） 公共端 vdd（引腳9） 邏輯電源電壓 vcc（引腳3） 低端固定電源電壓 hin（引腳10） 邏輯高端輸

43、入 nc（引腳4）空端 sd（引腳11） 關(guān)斷 vs（引腳5）高端浮置電源偏移電壓 nc（引腳14） 空端 vb (引腳6) 高端浮置電源電壓 ho（引腳7） 高端輸出 lin（引腳12） 邏輯低端輸入vss（引腳13）邏輯電路地電位端。 4.4 緩沖電路的設(shè)計(jì)為了減小開(kāi)關(guān)器件的損耗，充分利用igbt的功率，減小igbt中的涌浪電壓與續(xù)流二極管的回復(fù)浪涌電壓，保護(hù)系統(tǒng)防止出現(xiàn)短路現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)中加入緩沖電路，它是大功率變流技術(shù)中不可缺少的組成部分。緩沖電路之所以能減小功率器件的損耗是因?yàn)樗梢詫㈤_(kāi)關(guān)損耗從器件本身轉(zhuǎn)移至緩沖器上。在一般設(shè)計(jì)中共有三種緩沖電路應(yīng)用較廣，如圖4-7所示。圖4-7（a）

44、所示的緩沖電路為c級(jí)電路，該種電路的原理是由一個(gè)電容并在igbt的集電極c和發(fā)射極e之間，能夠有效地抑制igbt中的瞬變電壓，但隨著功率級(jí)別的增大，電容所起的作用也就隨之減小，容易引起振蕩，因此這種緩沖電路比較適用于小功率等級(jí)。圖4-7（b）中的緩沖電路為rc緩沖電路，此種緩沖電路在功率增大的情況下不會(huì)出現(xiàn)諧振，但是由于緩沖電路中增加了電感，隨著功率的增大，電感也隨之增大，這就使得系統(tǒng)的瞬時(shí)電壓不能有效地被控制。圖4-7(c)所示的緩沖電路適用于大電流電路，該緩沖電路既可以有效地抑制振蕩且回路電感較小的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是成本高。本設(shè)計(jì)中采用圖4-7(c)所示的電路圖。其工作原理為：在igbt導(dǎo)通時(shí)，

45、直流電源e通過(guò)r2使c1充電，當(dāng)igbt由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，輸出電流io將通過(guò)c1、vd1流向逆變器的輸出端，這樣電容上的電壓可二極管上的電壓就都加到了igbt管上。（1）緩沖器電容的計(jì)算：當(dāng)igbt由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，主電路的電感l(wèi)中儲(chǔ)存的能量基本上都轉(zhuǎn)移到電容c1上，即： （4-15）式中， l-主電路的電感； io-igbt關(guān)斷時(shí)的集電極電流； vcep-igbt關(guān)斷時(shí)的集電極-發(fā)射機(jī)電壓； e-直流電源電壓。圖4-7緩沖電路本設(shè)計(jì)中取(vcep-e)=12v，雜散電感l(wèi)=0.5f，集電極電流io=6a,由以上數(shù)據(jù)可得吸收電容的值為c=0.09f，取c的值為0.1f。（2）緩沖器阻抗r的計(jì)算

46、：緩沖阻抗的作用就是在igbt關(guān)斷信號(hào)來(lái)之前將緩沖器電容上的電壓放至電流電壓e。吸收電路中電阻r的計(jì)算公式為： (4-16)式中： f-igbt開(kāi)關(guān)頻率。由上述數(shù)據(jù)可求得4.5r167,這里r取10。 電阻的功率p的計(jì)算可有以下公式求得： (4-17)這里的電阻功率取p=0.5w。（3）緩沖器二極管的選擇：二極管在緩沖電路中的作用就是防止產(chǎn)生尖峰電壓、防止二極管在反向恢復(fù)時(shí)期產(chǎn)生電壓波動(dòng)，本設(shè)計(jì)中的二極管選用sml4751(1a/30v)。緩沖電路設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到逆變器等功率電路能否正常運(yùn)行，本實(shí)驗(yàn)中的電容選用無(wú)感電容，電阻選用無(wú)感電阻。一個(gè)合理的緩沖電路不僅可以有效地降低開(kāi)關(guān)應(yīng)力、很好的

47、抑制高頻振蕩、降低開(kāi)關(guān)損耗、提高工作頻率。4.5 浪涌短路保護(hù)電路的設(shè)計(jì)涌電流是指電源接通瞬間或是在電路出現(xiàn)異常情況下產(chǎn)生的遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)電流的峰值電流或過(guò)載電流，為了防止出現(xiàn)浪涌短路電流，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了浪涌短路保護(hù)電路。本設(shè)計(jì)中的浪涌短路保護(hù)電路如圖4-8所示，此電路是短路保護(hù)電路，用0.1進(jìn)行采樣電壓，通過(guò)470k電阻得到電流，此電流流過(guò)光電耦合器，當(dāng)電流高于光藕內(nèi)二級(jí)管導(dǎo)通電流時(shí)光藕輸出端導(dǎo)通，u3990的10腳變成低電平，使spwm波不輸出，關(guān)閉場(chǎng)效應(yīng)管，形成保護(hù)，此過(guò)程非常快，當(dāng)故障排除后，光電耦合器輸出關(guān)斷，逆變器正常工作。圖 4-8 浪涌短路保護(hù)電路4.6 過(guò)欠壓保護(hù)電路在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程

48、中為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，防止逆變器輸出過(guò)壓或欠壓所造成負(fù)載損壞，必須采用過(guò)欠壓保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)電路就會(huì)動(dòng)作，禁止控制信號(hào)的動(dòng)作，直到解除故障后才恢復(fù)控制信號(hào)。過(guò)流保護(hù)的主要目的就是防止輸出過(guò)載或短路而造成逆變器損壞。當(dāng)系統(tǒng)過(guò)壓時(shí)對(duì)負(fù)載的影響較大，因此在過(guò)壓時(shí)需要迅速關(guān)斷逆變器中的功率管，欠壓保護(hù)還應(yīng)設(shè)置有延時(shí)動(dòng)作，這樣就可以避免在啟動(dòng)欠壓保護(hù)是出現(xiàn)誤保護(hù)。過(guò)欠壓保護(hù)電路如圖4-10所示，過(guò)欠壓保護(hù)電路中參數(shù)的選擇如下。（1）過(guò)欠壓保護(hù)基準(zhǔn)電壓的選擇。本設(shè)計(jì)中電壓允許的波動(dòng)范圍,36v5%，因此輸出電壓波動(dòng)上限值、下限值的有效值分別為37.8、34.2，由于霍爾傳感器的匝

49、數(shù)比為2500:1000，所以經(jīng)過(guò)傳感器后的電壓分別為：14.4、15.12、13.68。經(jīng)全橋?yàn)V波與電容濾波后可得： (4-21) 過(guò)壓保護(hù)電壓： （4-22）欠壓保護(hù)電壓： （4-23）（2）光耦tlp521的參數(shù)：將if的取值取在線性工作區(qū)內(nèi),一次側(cè)：,連續(xù)正向電流if（max）=10ma。二次側(cè)：當(dāng)if=1ma時(shí)，電流傳數(shù)比ctr=70%。（3）電路參數(shù)計(jì)算：本設(shè)計(jì)中if=1ma,vf=1.2v時(shí) (4-24)為了計(jì)算方便取r2=1.2k,則 (4-25) (4-26) (4-27)因此r1的取值為10k/1w。取rp1=10k時(shí)，過(guò)壓基準(zhǔn)電壓的設(shè)置為： (4-28)欠壓基準(zhǔn)電壓的設(shè)置

50、： (4-29)圖4-10過(guò)欠壓保護(hù)電路霍爾電流傳感器可以將檢測(cè)到的電流信號(hào)直接化為電壓信號(hào)輸出，因此過(guò)電流保護(hù)電路原理與過(guò)壓保護(hù)類似。4.7 本章小結(jié)本章的主要內(nèi)容是對(duì)整個(gè)逆變電源系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的完成，給出了逆變電源的整體框圖，然后通過(guò)設(shè)計(jì)的要求對(duì)系統(tǒng)中的元器件經(jīng)行選擇，最后完成整個(gè)逆變電源的設(shè)計(jì)，其中主要的硬件電路的設(shè)計(jì)包括逆變主電路中的igbt管的選擇，保護(hù)電路及驅(qū)動(dòng)電路等。5 電源的實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)上述對(duì)逆變系統(tǒng)中電路器件的計(jì)算，得到了滿足設(shè)計(jì)所需要的各個(gè)器件的型號(hào)，通過(guò)在面包板上按照電路圖經(jīng)行連線，完成連線后經(jīng)行調(diào)試。系統(tǒng)硬件部分的元器件如表5-1所示。表5-1 元器件表名稱型號(hào)數(shù)量單片機(jī)a

51、t89s521個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)芯片ir21102個(gè)與門74hc084個(gè)非門74hc142個(gè)igbtct 15sm-244個(gè)二極管uf40072個(gè)晶振12khz1個(gè)電解電容10uf6個(gè)電感20mh2個(gè)電容30p4個(gè)電阻10k11個(gè)電阻154個(gè)電解電容330pf4個(gè)上述表中的igbt管在計(jì)算過(guò)程中的電壓大小為100v，但由于市場(chǎng)上大部分的igbt管的電壓的電壓為600v，所以設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為ct 15sm-24。在實(shí)際的元器件連接過(guò)程中，按照proteus中的仿真圖作出的逆變電源實(shí)物不一定會(huì)有輸出，因?yàn)樵趐roteus中芯片的供電電源引腳并不顯示，在實(shí)際過(guò)程中要把芯片的供電電源引腳與相應(yīng)的電源連接，

52、使得芯片正常工作。完成連線后就要進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)、調(diào)試。系統(tǒng)的硬件圖如圖5-1所示。用示波器檢測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)，測(cè)量時(shí)并未見(jiàn)的有標(biāo)準(zhǔn)的正弦波出現(xiàn)，經(jīng)過(guò)分析可能出現(xiàn)的問(wèn)題是spwm控制信號(hào)，所測(cè)得結(jié)果未到達(dá)設(shè)計(jì)指標(biāo)36v。分析實(shí)物失敗的原因如下。（1）在完成實(shí)物連線前，未檢測(cè)元器件是否正常工作。（2）在連線過(guò)程中出現(xiàn)連接線松動(dòng)，或者出現(xiàn)連接線連接錯(cuò)誤。（3）未出現(xiàn)正弦波的原因可能是逆變主電路中的h橋工作不正常。（4）所測(cè)得輸出電壓值為達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)36v，可能出現(xiàn)的原因是由于igbt等元器件的耗能造成的。圖5-1 系統(tǒng)硬件實(shí)物實(shí)物完成后連接示波器得到的結(jié)果應(yīng)與仿真得到一致。仿真結(jié)果如圖5-1所示。圖5-1 仿真結(jié)果6 總結(jié)本文主要介紹了逆變電源的各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，包括逆變主電路、驅(qū)動(dòng)電路、緩沖電路、采樣調(diào)理電路、過(guò)欠壓保護(hù)電路等硬件設(shè)計(jì)。同時(shí)還介紹了逆變電路的控制方式，通過(guò)對(duì)當(dāng)