单相正弦波逆变电源设计.doc

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1、第19章单相正弦波逆变电源设计19-1常规思路的单相正弦波逆变电源设计两年一度的的全国大学生电子设计竞赛的间歇年“双年”，比较积极的省份开展省内高校的大学生电子设计竞赛。××省的××高校的一个自拟课题很具有代表性，这就是本章要详尽叙述的“单相正弦波逆变电源”。从试题特征看，这个自拟题目与2005年的竞赛试题的（G题）“三相正弦波逆变电源”非常相像。全国大学生电子设计竞赛试题中电动小车的相关试题就连续出了两次，似乎竞赛组委会对电动小车意犹未尽，让试题内容进一步升华。作者除了以单相正弦波逆变电源为题提出解决方案，为今后的电子设计竞赛作技术和设计思路的准备外，还有更深刻

2、的意图，这就是让读者了解并能够通过本书获得“单相正弦波逆变电源”的设计思路与能力，为日后从事技术工作打下一个良好的基础其原意就是如果用户非要将50Hz交流电供电的设备搬到汽车或只能是直流供电的场合，直流电源与用电设备的电源的匹配只能通过逆变电源实现，而逆变电源的输出电压波形的正弦化和输出电压有效值的稳定则是衡量这种逆变器的指标之一；不仅如此，对于不间断供电电源（UPS）的直流电转化为交流电的唯一手段就是采用逆变器。综上所述，本章设计的内容不仅仅是单相正弦波逆变电源，也是不将断供电电源的基本构成。如果将来电子设计竞赛有这类试题，读者可以参考本章涉及的设计思路与设计做

3、作方法尽快并较好的完成试题，取得较好的成绩；如果这类试题永远不会出现，本章的设计思路与设计方法也会对从事于车载逆变电源设计的读者有借鉴意义，也可能对读过这部分内容的应届毕业生的求职有帮助。不管以上的那先内容实现，作者的努力都会对社会做出点滴贡献，这将是最大的希望。19-2基本性能要求单相正弦波逆变电源的基本性能要求如下：输入电压：12V（9~14.4V）或24V（18~28.8V），即汽车蓄电池电压等级，多数为12V，其原因是轿车的蓄电次电压等级多为12V；输出电压：220V/50Hz，交流电，最好是正弦交流电压；输出功率：一般为150W以上；绝缘等级：输入输出之

4、间，正弦交流电1500V有效值/50Hz，持续至少一分钟。如果仅仅是为了竞赛，输出电压和输出功率可以打折。即输出电压为36V/50Hz，正弦交流电，输出功率50~100W。输入输出之间绝缘即可。按照实用与竞赛的指标不同可以采用两种不同的设计思路，也可以采取相同的模块化设计，仅仅需要改变相关元件参数。由于控制电路具有共同特点，因此，在本章中采用个电路单元模块化设计的方式，以适应不同的需求。19-3解决方案的基本思路19-3-1方波50HZ逆变逆变器的最简单的实现方式是方波逆变器，方波逆变器的原理框图如图19-1。图19-1方波逆变器的原理框图这种电路的最大特点就是简

5、单、容易实现。其最典型的应用如小功率（1kW以下的）后备式不间断供电电源和简易逆变器。对于整流器负载，如电脑、显示器以及其它带有开关电源的各种电子设备，对电源电压波形要求非常宽松，方波逆变器是可以胜任的。然而，尽管方波逆变器电路简单，随着对逆变电源性能的要求的不断提高，方波逆变电源在大多数场合的应用中被淘汰，仅仅在非常低级的应用中才得以见到。因此，正弦波逆变器是一个逆变器的必然趋势。19-3-2采用50Hz正弦波逆变经过50Hz变压器升压与绝缘，得到所需要的220V/50Hz的正弦交流电。电路如图19-2。图19-250Hz正弦波逆变原理框图从图中可以看到，逆变器

6、的主电路与方波逆变器完全一样，所不同的是开关管的驱动信号由50Hz方波变为50Hz的十倍甚至数十倍的正弦化脉冲宽度调制脉冲串，如果将这个脉冲串“平滑”后，可以获得“正弦波”连续变化的波形。这种方法的最大优点是整个功率变换过程中仅仅有一次逆变过程，因此，电路简单效率也可以很高。逆变器采用正弦化脉冲宽度调制（SPWM），500~2000Hz的调制频率不仅大大地增加了变压器的“铁耗”，而且由于开关频率明显高于50Hz的应开关的作用，使变压器的漏感中的储能以每秒500~2000次的交换而产生可观的开关损耗，致使开关管急剧发热，因此，这是一种不可取的解决方案。此方案不可取的

7、第二个原因是50Hz变压器和滤波器过于笨重。19-3-3多重50Hz矩形波逆变组合的解决方案改造50Hz方波逆变器输出波形的另一个方法是采用多重化技术，即将多个方波逆变器的输出电压错开一定的相位后叠加，可以得到近似正弦波电压，以满足要求，由于电路相对负载，目前这项技术在中低功率的逆变器中已不再应用，而仅仅在高功率的逆变其中还有应用。多重50Hz矩形波逆变组合的原理框图如图19-3，多重50Hz矩形波逆变组合的输出电压波形图如图19-4。图19-3多重50Hz矩形波逆变组合的原理框图图19-4多重50Hz矩形波逆变组合的输出电压波形图从图中可以看到，经过多重化叠加后

8、，输出电压