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1、摘摘 要要 本论文所需单相正弦波 SPWM 逆变电源的设计采用了运算放大器、二极管、 功率场效应管、电容和电阻等器件来组成电路。 逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它从交流或直流输 入获得稳压恒频的交流输出。通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适 合的方案。输出频率由电压控制，波形幅值由电阻确定。 本论文以 SG3525 驱动芯片为核心，完成了单相正弦波 SPWM 逆变电源的参数 设计，并利用所得结果，完成了实际电路的连接，通过调试与分析，验证了设 计的正确性。 关键词关键词: SPWM,SG3525 2 Title: Design of Sine Wave Inverte
2、r Power Supply By SG3525 Speciality: Electrical Engineering And Automation ABSTRACT Design of sine wave inverter power supply by SG3525 was designed using operational amplifier,diodes,transistors,zener diodes,the capacitor and resistor voltage devices such as to constitute circuit. Inverter power su
3、pply is one kind of power electronics process transformation of electrical energy device.It alternating voltage or volts d.c input to acquire voltage stabilization constant amplitude the alternating voltage output.Get through the circuit analytical.To ensure the parameter to chose one kind of best f
4、it program.The output frequence is confirmed by voltage and resistance ect. The thesis use SG3525 as a core to achieve design of sine wave inverter power supply.Take the advantage of the result to achieve circuit ligature.Get through the debug to check the validity. KEY WORDS： SPWM，SG3525 目 录 1 绪论 4
5、 1.1 逆变电源的发展背景 4 1.2 逆变电源的研究现状 4 1.3 设计的主要工作和难点 6 1.3.1 设计的主要工作 6 1.3.2 论文的主要难点 8 2 SPWM 逆变电源原理与应用 11 2.1 SPWM 控制原理.11 2.2 SPWM 控制的发展前景 .12 2.3 本章小结 .12 3 硬件电路的设计.13 3.1SG3525 介绍 .13 3.2 文氏电桥振荡电路 .15 3.3 移位电路分析17 3.4 逆变电路的工作原理分析 .17 3.5 本章小结 .18 4 系统的检测与分析.19 4.1 正弦发生器部分的调试19 4.2 逆变部分及整体运行结果20 5 结论与
6、展望 .23 致谢.25 参考文献.27 4 1 绪论 1.1 逆变电源的发展背景 逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变幻的装置，它从交流或直流输 入获得稳压恒频的交流输出。逆变电源技术是一门综合性的专业技术，它横跨 电力、电子、微处理器及自动控制等多学科领域，是目前电力电子产业和科研 的热点之一。逆变电源广泛应用于航空、航海、 、电力、铁路交通、邮电通信等 诸多领域。 逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着 逆变电源的发展。逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的 20 世界 60 年代， 到目前为止，它经历了三个发展阶段。 第一代逆变电源是采用晶闸管（SCR）作
7、为逆变器的开关器件称为可控硅逆 变电源。可控硅逆变电源的出现虽然可以取代旋转型变流机组，但由于 SCR 是 一种没有自关断能力的器件，因此必须增加换流电路来强迫关断 SCR，但换流 电路复杂。噪声大、体积大、效率低等原因却限制了逆变电源的进一步发展。 第二代逆变电源是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。自 20 世纪 70 年 代后期，各种自关断器件想运而生，它们包括可关断晶闸管（GTO） 、电力晶闸 管（GTR） 、功率场效应管（MOSFET） 、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）等。自关断 器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能 第三代逆变电源实时反馈控制技术，使逆变电源性能得到提高。实
8、时反馈控 制技术是针对第二代逆变电源非线性负载适应性不强及动态特性不好的的缺点 提出来的，它是最近十年发展起来的的新型电源控制技术，目前仍在不断完善 和发展之中，实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃。 1.2 逆变电源的研究现状 最初的逆变电源采用晶闸管（SCR）作为逆变器的开关器件，称为可控制逆 变电源。由于 SCR 是一种有关断能力的器件，因此必须通过增加换流电路来强 迫关断 SCR，SCR 的换流电路限制的逆变电源的进一步发展。随着半导体技术和 交流技术的发展，有关断能力的电力电子器件脱颖而出，相继出现了电力晶体 管（GTR） 、可关断晶闸管（GTO） 、功率场效应晶体管（
9、MOSFET） 、绝缘栅双极性 晶体管（IGBT）等等，可关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性 能，由于可关断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而逆变桥输出电压中 次谐波的频率比较高，使输出滤波器的尺寸得以减小，而且非线性负载的适应 性得以提高。最初，对于采用全控型器件的逆变电源在控制上普遍采用带输出 电压有效值或平均值反馈的 PWM 控制技术，其输出电压的稳定是通过输出电压 的有效值或平均值反馈控制的方法实现的。采用输出电压有效值或平均值反馈 控制的方法是有结构简单、容易实现的优点，但存在以下缺点： (1)对线性负载的适应性不强 (2)死区时间存在将使 PWM 波中含有不易滤掉的
10、低次谐波，使输出电压出 现 波形畸变 (3) 动态性能不好，负载突变时输出电压调整时间长 为了克服单一电压有效值或平均值反馈控制方法的不足，实现反馈控制技术 得以应用，它是 10 年来发展起来的新型电源控制技术，目前仍在不断的完善和 发展之中，实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃，实时反 馈控制技术多种多样，主要有以下几种： 1. 谐波控制原理 当逆变电源的负载为整流负载时，由于负载电流中含有大量谐波，谐波电流 在逆变电源内阻上压的降致使逆变电源输出电压波形畸变,谐波补偿控制可以较 好的解决这一问题，尤其是在逆变桥输出 PWM 波中加入特定谐波，可抵消负 载电流中的谐波对输出电压
11、波形的影响，减小输出电压的波形是畸变，而且这 种方法只能由数字信号处理器来实现。 2.无差拍控制 1959 年，Kalman 首次提出了状态变量的无差拍控制理论。1985 年， GokhalePESC 年会上提出将无差拍控制应用于逆变控制，逆变器的无差拍控制 才引起了广泛的重视无差拍控制是一种基于微机实现的控制原理，这种控制方 法根据逆变电源系统的状态方程和输出反馈信号来推算下一个采样周期的开关 时间，使输出电压在每个采样点上与给定信号相等，无差拍控制的缺点是算法 比较复杂，实现起来不太容易，它对系统模型的准确性要求比较高。对负载大 小的变化及负载性质变化比较敏感，当负载大小变化及负载性质变化
12、时不是获 得理想的正弦波输出。 3.重复控制 为了消除非线性负载对逆变器输出的影响，在 UPS 逆变器控制中导入重复控 制技术。重复控制是一种基于内模原理的控制方法，它将一个基波周期的的偏 差存储起来，用于下一个基波周期的控制，经过几个周期基波周期的重复可达 到很高的控制频度。在这种控制方法中，加到控制对象的输入信号除偏差信号 外，还叠加了一个过去的控制偏差，这个过去的控制偏差实际上是一个基波周 期忠的控制偏差，把上一个基波周期的偏差反映到现在，和现在的偏差一起加 到控制对象进行控制，这种控制方式偏差好像在被重复使用，所以称为重复控 制。它的突出特点是稳定性好、控制能力强但动态响应速度慢，因此
13、，重复控 制一般都不单独用于逆变器的控制，而是与其他控制方式结合共同实现整个系 统性能。 6 4.单一的电压瞬时值反馈控制 这种控制方式的基本思想是把输出电压的瞬时反馈与给定正弦波进行比较， 用瞬时偏差作为控制量，对逆变桥输出 PWM 波进行动态调节，和传统 PWM 控制 方法相比，该方法能对 PWM 波进行动态调整，故系统快速性、抗扰性、对非线 性负载的适应性、输出电压的波形品质等都比传统 PWM 控制方法有所提高。这 种方法的缺点就是稳定性不好，特别是空载时。 5.带电流内环的电压瞬时值反馈控制 带电流内环的电压瞬时值反馈控制方法是在单一的电压瞬时值反馈控制方法 的基础上发展起来的在这种方
14、法中，不但引入输出电压的瞬时值反馈，还引入 滤波电容电流的瞬时值反馈，电压环是外环，内流环具有将滤波电容电流或滤 波电感电流改造为可控的电流源的作用，这一，控制输入和输出电压之间就形 成了具有单极点的传递函数，因而系统的稳定性大大提高，克服了单一电压瞬 时值反馈控制系统空载容易震荡的缺点。由于稳定性的提高使得电压调节器增 益可以取比较大的值，所以突加负载或突卸负载时输出电压的动态性能大大提 高，抗扰性能大大提高，对非线性负载的适应能力也大大提高。 1.3 设计的主要工作和难点 1.3.1 设计的主要工作 本课题的研究设计，把它分成 4 个阶段来进行完成：思路分析、体系结构设 计、硬件连接、系统
15、调试。 首先设计正弦波信号发生器，正弦波信号发生器由文氏电桥振荡电路和移位 电路两个部分组成如图 1-1 所示 R7 R3R2 R9 R10 R4 RP2 r8 R5 R6 c2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 R1 C1 C3 -12V RP3 10K RP1 10K 33k 33k 104 104 10K 10K 5.1K10K 10K 104 文氏电桥振荡电路 移位电路 图 1-1 正弦波信号发生器 如图所示把正弦波信号发生器产生的 50HZ 的正弦波送入 SG3525 芯片的 9 号 管脚与 SG3525 芯片的 5 号管脚的锯齿波进行比较，从而获得 SPWM 信号，改变 正弦
16、波幅值，即改变 M，就可以改变输出电压幅值，正常 M1。 再次设计 SPWM 驱动电路如图 1-2 所示，由正弦波发生器产生一 50Hz、幅度 可变的正弦波，送人 SG3525 的第 9 端，和 SG3525 的第 5 脚（锯齿波）比较后， 输出经调制（调制频率约为 10kHz）的 SPWM 波形，经过到相器反相后，得到两 路互为反相的 PWM 驱动信号，分别驱动功率场效应管 VT1、VT2，使 VT1、VT2 交替导通，从而在高频变压器的副边得到一 SPWM 波形，经过 LC 滤波后，得到 一 50Hz 的正弦波，幅度可通过电位器 RP 进行改变。 8 正弦波信 号发生器 SG3525 RP R1 R3 R4 R5 C2 C1 C882 R2 9 6 5 7 15 -15v 15.6K 103 102 3K 3K 3K 10 11 12 14 vt1 vt2 C N11 N12 N2 L 13 图 1-2 SPWM 逆变电路 1.3.2 论文的主要难点 我在做设计时候遇到难题是由于选择正弦波振荡电路的电阻参数错误和 SPWM 逆变电路调节 RP 在 SG3525 的 9 号管脚和
