基于MCU控制的逆变电源的设计与实现

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1、·第1章绪论基于MCU控制的逆变电源的设计与实现表1.2各种保护功能各种保护功能输入欠压保护有，输入电压低于10.5Vdc数码管显示Lob输入过压保护有，输入电压高于15.5Vdc数码管显示Hib 输出短路保护有数码管显示SC输出过功率保护有，输出功率高于170W数码管显示HiP 过温保护有，开关管温度高于85度数码管显示Hot输入反接保护有···6···基于MCU控制的逆变电源的设计与实现第2章功率电路的设计第2章功率电路的设计2.1开关器件及其在逆变电源中的应用目前，在逆变电路中已经被广泛应用的电力电子开关器件主要有可控硅(Semicondu

2、ctorControlledRectifier，SCR),门极可断晶闸管(Gateturn-offthyristor，GTO),电力晶体管（GiantTransistor，GTR），绝缘栅场效应管（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，VMOSFET）和绝缘栅双极晶体管（InsulateGateBipolarTransistor，IGBT）。由于他们的电流容量和开关速度各不相同，所以他们在逆变电路中的应用范围也不相同。（1）在几百KVA以上的大容量和超大容量的逆变电路中，主开关器件以GTO为主。

3、（2）在几KVA到几百KVA的中大容量的逆变器中，主开关器件将以IGBT为主。（3）在几KW以下的逆变电源中，主开关器件以VMOSFET为主。2.1.1功率场效应管MOSFET场效应管分为结型场效应管和绝缘栅场效应管，功率场效应管都是绝缘栅场效应管。绝缘栅场效应管是由金属氧化物半导体组成场效应晶体管，简称MOSFET，是一种电压控制的单极型器件。在逆变电路中，功率MOSFET（简称VMOSFET）作为开关器件，其常态都是阻断状态，也就是说都是增强型的MOSFET。VMOSFET分为N沟道和P沟道两种，其中N沟道VMOSFET导通电流从漏极D流向源

4、极S，而P沟道VMOSFET导通电流从源极S流向漏极D，其电气图形符号见图2.1：沟道沟道图2.1VMOSFET图形符号7···第2章功率电路的设计基于MCU控制的逆变电源的设计与实现VMOSFET分为V型结构VVMOSFET和D型结构VDMOSFET。VVMOSFET栅电容小，开关速度快，沟道电阻小，但耐压不高，所以使用于低耐压，大电流额度VMOSFET。VDMOSFET采用两次扩展，精确控制沟道长度，除具有VVMOSFET的优点外，耐压还高，适合于高耐压的VMOSFET。2.1.2大功率晶体管GTR虽然将来大功率晶体管会逐步被更先进的功率开关

5、管如IGBT所取代。但是。在几年甚至更长的一段时间，在逆变技术应用的某些领域，GTR还会被广泛地用作逆变开关器件。GTR分为NPN型和PNP型两类，又有单管GTR，达林顿式GTR和GTR模块几种形式。单管GTR饱和压降低，开关速度稍快，但是电流增益小，电流容量小，去冬功率大，用于较小容量的逆变电路。达林顿式GTR电流增益值大，电流容量大，驱动功耗小，但饱和压降较高，关断速度较慢。和单管GTR一样，达林顿式非模块化的GTR在现代逆变电路早已不太常用。应用比较广泛的是GTR模块。它是将两只或四只，六只甚至是七只单管GTR或达林顿式GTR管芯封装在一个

6、管壳内，分别组成单桥臂，单相桥和带泻放管的三相桥形式，外壳绝缘，便于设计和安装。2.1.1主电路的设计在设计逆变电源前，首先要选择合适的电路拓扑。因为其它所有电路元件设计，像元件选择，磁芯设计，闭环补偿等等都取决于拓扑。所以在设计开始之前，首先要仔细研究所要设计的电源的要求和技术规范：输入、输出电压，输出功率、输出纹波、电磁兼容要求等等，选择的电路拓扑应当考虑到电路复杂性和是否成熟等综合因素考虑。拓扑选择还与，输出电压路数，输出电压调节范围等有关。一般情况下，对于给定场合可以应用多种拓扑，不可能说某种拓扑对某种应用是绝对地适用，因为产品设计还有设

7、计者对某种拓扑的经验、元器件是否容易得到、成本要求、对技术人员要求、调试设备和人员素质、生产工艺设备、批量、军品还是民品等等因素有关。因此要选择最好的拓扑，必须熟悉每种拓扑的长处和短处以及拓扑的应用领域。如果随便选择8···基于MCU控制的逆变电源的设计与实现第2章功率电路的设计一个拓扑，可能一开始就宣布新电源设计的失败。根据本课题的要求及指标，结合各种拓扑结构的特点，本课题选择了推挽电路和全桥逆变电路两种拓扑结构作为主电路。输入电压经推挽变换器逆变成交流电后经高频变压器升压、高频整流、滤波后得到高压直流(DCHV)。高压直流再经全桥逆变最终输出

8、交流电。2.2.1逆变器主电路的基本形式逆变主电路就是由逆变开关器件等组成的变换电路，分为非隔离式和隔离式两大类。如变频器，能量回馈等都