《电工技术》

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1、《电工技术》课程论文2011-2012第1学期论文题目：正弦交流逆变电路的设计与实现学生姓名：任龙尚弘扬仲宏宇专业班级：09自动化一班指导教师：崔峰物理与电气信息工程学院正弦交流逆变电路的设计与实现（任龙，尚弘扬，仲宏宇）（大庆师范学院物理与电气信息工程学院，09级自动化一班）摘要本文介绍了一种正弦波输出的逆变电源的设计。设计中采用了DC／DC和DC／AC两级变换，高频变压器隔离，单片机控制。实验结果表明性能可靠。关键词:逆变电源单片机正弦脉宽调制0 引言　　低压小功率逆变电源已经被广泛应用于工业和民用领域。特别是新能源的开发利用，例如太阳能电池的普遍使用，需要一个逆变系统

2、将太阳能电池输出的直流电压变换为220V、50Hz交流电压，以便于使用。本文给出了一种用单片机控制的正弦波输出逆变电源的设计，它以12V直流电源作为输入，输出220V、50Hz、0~150W的正弦波交流电，以满足大部分常规小电器的供电需求。该电源采用推挽升压和全桥逆变两级变换，前后级之间完全隔离。在控制电路上，前级推挽升压电路采用SG3525芯片控制，采样变压器绕组电压做闭环反馈；逆变部分采用单片机数字化SPWM控制方式，采样直流母线电压做电压前馈控制，同时采样电流做反馈控制；在保护上，具有输入过、欠压保护，输出过载、短路保护，过热保护等多重保护功能电路，增强了该电源的可靠

3、性和安全性。该电源可以在输人电压从10．5V到15V变化范围内，输出220V±10V的正弦波交流电压，频率50Hz±O．5Hz，主电路逆变电源主电路采用推挽升压和全桥逆变两级变换，如图1所示。图1输入电压一端接在变压器原边的中间抽头，另一端接在开关管S1及S2的中点。控制S1及S2轮流导通，在变压器原边形成高频的交流电压，经过变压器升压、整流和滤波在电容C1上得到约370V直流电压。对S3～S6组成的逆变桥采用正弦脉宽调制，逆变输出电压经过电感L、电容C2滤波后，最终在负载上得到220V、50Hz的正弦波交流电。采用高频变压器实现前后级之间的隔离，有利于提高系统的安全性。输

4、入电压10.5～15V，输入最大电流15A，考虑一倍的余量，推挽电路开关管S1及S2耐压不小于30V，正向电流不小于30A，选用IRFZ48N。升压高频变压器的设计应满足在输入电压最低时，副边电压经整流后不小于逆变部分所需要的最低电压350V，同时输入电压最高时，副边电压不能过高，以免损坏元器件。同时也必须考虑绕线上的电压降和发热问题。选EE型铁氧体磁芯，原副边绕组为7匝：300匝。关于高频变压器的设计可以参考文献。变压器副边输出整流桥由4个HER307组成。滤波电容选用68μF、450V电解电容。根据输出功率的要求，输出电流有效值为06～O.7A，考虑一定的电压和电流余量

5、，逆变桥中的S3～S6选用IRF840。逆变部分采用单极性SPWM控制方式，开关频率fs=16kHz。假没滤波器时间常数为开关周期的16倍，即谐振频率取1kHz，则有　　滤波电感电容LC≈2．5×10-3，可选取L=5mH，C=4．7μF。滤波电感L选用内径20mm，外径40mm的环形铁粉芯磁芯，绕线采用直径O．4mm的漆包线2股并绕，匝数180匝。2.l正弦脉宽调制SPWM　　正弦脉宽调制SPWM技术具有线性调压、抑制谐波等优点，是目前应用最为广泛的脉宽调制技术．　逆变器的脉宽调制(PWM)技术早在晶闸管时代就己经出现了，正弦脉宽调制(SPWM)在全控型器件出现以后得到了

6、迅速的发展，这种技术是用一种参考波(通常是正弦波，有时也用阶梯波或方波等)为“调制波”，而以N倍于调制波频率的正三角波或锯齿波为“载波”。由于正三角波或锯齿波的上下宽度是线性变化的波形，因此它与调制波相交时，就可以得到一组幅值相等，而宽度正比于调制波函数值的矩形脉冲序列来等效调制波。用开关量取代模拟量，并通过对逆变器开关管的通断控制，把直流电变成交流电。因为，当调制波为正弦波时，输出矩形脉冲序列的脉冲宽度按正弦函数规律变化。因此，这种调制技术通常又称为正弦脉宽调制(SPWM)技术。　正弦脉宽调制可以分为单极性SPWM和双极性SPWM。双极性SPWM的载波为正负半周都有的对称

7、三角波，输出电压为正负交替的方波序列而没有零电平，因此可以应用于半桥和全桥电路。实际中应选择频率比K为奇数，使得输出电压μo具有奇函数对称和半波对称的性质，μc无偶次谐波。但是输出电压μc中含有比较严重的n=K次中心谐波以及n=jk±6次边频谐波。其控制信号为相位互补的两列脉冲信号。单极性SPWM的载波为单极性的不对称三角波，输出电压也是单极性的方波。因为输出电压中包含零电平，因此，单极性SPWM只能应用于全桥逆变电路。由于其载波本身就具有奇函数对称和半波对称特性，无论频率比K取奇数还是偶数输出电压Uo都没有偶次谐