电力电子课设--单相逆变器仿真研究

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1、目录1概述12方案论证22.1主回路拓扑结构方案选择22.2电源控制方法方案选择23系统设计及控制原理33.1硬件设计33.2SPWM波的软件设计43.3仿真建模74系统原理与仿真结果114.1总电路114.2仿真实验12结束语13参考文献14本科生课程设计成绩评定表单相逆变器仿真研究1概述随着各行各业自动化水平及控制技术的发展和其对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备（如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器等）都不是直接使用交流电网作为电源，而是通过形式对其进行变换而得到各自所需的电能形式，它们所使用的

2、电能大都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。现如今，逆变器的应用非常广泛，在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变。另外，交流电机调速变频器、UPS、感应加热电源等使用广泛的电力电子装置，都是以逆变电路为核心。本文以单相DC-AC逆变器为研究对象，设计了一种基于全桥式结构的SPWM逆变器。以TI公司低功耗16位单片机MSP30FX169为核心，根据反馈的电压或电流信号对PWM波形作出调整，进行可靠的双闭环控制，逆变部分采用MSP4

3、30数字化SPWM控制技术，以尽可能减少谐波。为降低开关损耗，防止产生噪声，将开关频率设置为20KHZ。系统具有短路保护，输入过压和过流保护功能，针对开关管，还完善了抑制浪涌电流，开断缓冲和关断缓冲等功能。设计的硬件电路主要包括全桥式逆变主电路、控制电路、驱动电路、取样电路、保护电路等。重点分析了SPWM控制算法，并给出了软件实现SPWM波形的过程。采用无差拍控制和传统的PI控制方法相结合的复合控制方法，既利用了无差拍控制的快速动态响应特性，又利用了PI控制具有强的鲁棒性，据此设计的控制器能够使逆变器的输出电

4、压很好地跟踪正弦波，在电容性整流负载下输出电压也具有很好的正弦性，在MATLAB/SIMULINK下建立了电源系统的仿真模型，完成了控制器的参数设计，并给出电源在不同负载下和主电路滤波器参数变化下的输出电压仿真波形，证明了本方案设计的逆变器能够得到优质的正弦交流电。2方案论证2.1主回路拓扑结构方案选择逆变电源主电路结构的选取应该遵循以下几个原则：选用尽量少的开关器件，这样可以提高系统的可靠性，并且降低成本；尽量减少逆变电源中的电容值、电感值，和减少电容电感元件在逆变电源中的数量，这样可以减小整个逆变电源设备

5、的体积，提高其可靠性，同时也应该降低设备的成本；电路拓扑结构应该有利于逆变电源最终输出电压中谐波的消除，输出电压频率及幅值的调节。鉴于此点，本文所设计的逆变电源采用全桥式拓扑结构。2.2电源控制方法方案选择常用的逆变电源控制方法有正弦脉宽调制（SPWM）、特定谐波消除（SHEPWM）和电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）。SHEPWM只能消去指定的谐波分量，并没彻底改善电压波形，且计算工作量大，不利于实时控制。SVPWM是20世纪80年代中期由日本学者在交流电机调速中提出，SVPWM在各类三相逆变电路中得到了广

6、泛应用，但在逆变电路中尚不多见，而SPWM容易实现对电压的控制，控制线性度好，鉴于此点，本文所设计的逆变电源采用SPWM控制方式。3系统设计及控制原理3.1硬件设计逆变器的硬件系统框图如图1所示。图1硬件系统框图系统由逆变主电路、控制电路、驱动电路、取样电路、保护电路、显示电路构成。输入为48V直流电，经主电路逆变成交流信号，再经过后级滤波电路滤除高次谐波，最终输出有效值为36V的正弦波信号，再经过36V~220V变压器，得到220V交流电，单片机MSP430FX169产生四路PWM信号，控制驱动芯片TLP2

7、50，从而实现对逆变主电路的两个开关管的控制。采样电路检测输出电压、电流，反馈到控制端进行可靠的双闭环控制，使系统运行更加稳定，同时提高了系统抵抗输入干扰的能力，使系统的输入干扰不至于引起很大的输出脉动。由全桥式电路工作原理可知，同等输入情况下，每个开关管承受的电压应为半桥式的两倍，为推挽式的一半，并且输入侧为低压大电流状态，为了尽可能地降低导通损耗，提高整个系统的效率，两个开关管应选取具有低导通压降的功率MOSFET开关管。通过计算，本设计选择额定电压为150V，额定电流为30A的开关管IRF540。驱动3

8、0A/100V的MOSFET选用光电耦合器TLP250，它是具有驱动能力的快速光耦，还可以对控制电路和主电路起光电隔离作用。TLP250最大输入电流为20mA，最大输出电流为1.5A，可以驱动50A的MOSFET。芯片工作电压为10V～35V，可直接取自12V直流输入端。逆变主电路输出的是SPWM波，需经交流滤波器滤除高次谐波分量，方可得到正弦波。因此，滤波器的LC参数配置对输出正弦波的失真度影响极