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1、 摘要 逆变技术是整流技术的逆向变换电源技术，将直流电转换成交流电的装置 称为逆变器。根据输出波形可分为方波逆变器和正弦波逆变器，目前多数负载要求输入为正弦波，因此正弦波逆变器得到了越来越多的研究和关注。对正弦波逆变器来说最重要的是控制电路，以脉宽调制(PWM)为基础的正弦脉宽调制(SPWM)技术是正弦波逆变器的一项关键控制技术，它以正弦波为调制波、以三角波或锯齿波为载波，通过调制输出的SPWM脉冲控制功率开关管的开通与关断，从而完成直流到交流正弦波的逆变过程。 本文在对逆变器结构和原理分析的基础上，设计完成DC-DC-AC两级高频正 弦波逆变器：输入侧直流电压12V通过推挽变换电路升压到37
2、0V左右，再由 370V直流电通过全桥变换电路得到220V50Hz交流电。升压控制电路由PWM控制芯片SG3525与其外围电路组成，根据电路特点使直流输出高压不稳压而只有后级输出稳压，从而简化了滤波电路；全桥逆变控制电路采用SPWM倍频调制方式，即输出SPWM波频率为载波三角波频率的二倍，这样对调制电路的要求相对较低，且输出滤波电路更容易设计。本文SPWM控制电路采用常用运算放大器和数字芯片设计完成，在保证精度的前提下降低了成本，并且简化了由硬件实现 SPWM控制的电路结构。 通过计算电路各部分元件参数并制作出电感和变压器等线圈元件，本文制 作完成了一台正弦波逆变电源样机，并对电源进行安装及调
3、试，最终得出实验 结果和波形，证实了该设计的可行性，达到了减小电源体积和成本的预期目标。关键词：逆变器，PWM，SPWM，倍频调制Abstract The inverter technology is contrary to the rectification technologyAn inverter is a device which transforms direct current into alternating currentAccording to the output waveform，inverter can be divided into square wave inver
4、ter and sinewave inverterCurrently most load demand input for sine wave，so sine wave inverter get more and more attentionThe most important part of sine-wave inverter is the control circuit. Sine-wave pulse-width modulation(SPWM)which uses sine wave as modulation wave and triangular wave as carrier
5、wave is a key technology which based on the theory of pulse-width modulation In this paper, the structure and principle of the inverter al e analyzed at firstThen a DC-DC-AC two-stage high frequency inverter is designed：The input voltage 12V DC boost to 370V DC using a push-pull circuit；Then the 370
6、V DC is tamed into 220V/50Hz AC using a full bridge circuitThe control circuit of the push-pull circuit is based on a PWM(pulse width modulation)control chip SG3525According to the characteristics of the circuit, the output of this stage is not settled SO as to simplify the filter circuit；The full b
7、ridge circuit is conventionalThe method of the full bridge control circuit is the SPWM(sinusoidal pulse width modulation)methodThe frequency of the SPWM wave is two times of the carrier frequency so that the modulation circuit is simply and the output filter Circuit design become easier By analyzing
8、 and calculating the circuit parameters and making inductance and winding components，this paper designed a DC-DC-AC two-stage high frequency inverterAfter installing and debugging it, I eventually get the experimental results and waveform which confirmed the feasibility of the design Keywords：Invert
9、er, PWM, SPWM，Doubling-Frequency modulation目录1绪论511 正弦波逆变器设计的选题背景与意义5111 新能源利用5112 消除市电谐波污染512 逆变器的发展及趋势6121 逆变器的发展历史6122 逆变器的发展趋势613 国内外逆变器发展现状714 本文的主要内容72 现代逆变系统结构821 现代逆变系统基本结构822 变换电路的基本形式9221 非隔离式变换电路9222 隔离式变换电路12223 各种变换电路的特点及应用1723 本章小结183 逆变系统主回路设计1831 现代逆变系统中的功率变换技术1832 逆变主电路设计19321 硬开关PW
10、M变换技术概述19322 主电路结构的两种形式2033 前级升压电路设计20331 主变压器的设计22332 输出滤波电路设计2434 后级逆变电路设计25341 输出滤波电路设计25342 功率开关管的选择2635 保护电路设计2736 本章小结274 控制电路原理及设计2841 PWM控制简介28411 电压型PWM控制28412 电流型PWM控制2942 DC-DC升压控制电路设计2943 DC-AC逆变控制电路设计31431 SPWM正弦波脉宽调制技术原理31432 SPWM调制法的分类31433 SPWM波产生方法3444 本章小结375 结果及分析3751 电路相关波形376总结3
11、9致谢40参考文献411 绪论 逆变器是将直流电转化为交流电的电能变换装置，它是通过功率半导体器 件按照特定规律的导通与关断来完成逆变任务的。现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用及设计方法的一门科学，它建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、脉宽调制技术、半导体变流技术、磁 性材料等科学基础上的一门实用技术，因此逆变器的应用贯穿于社会和生活的 多个领域。 11 正弦波逆变器设计的选题背景与意义 111 新能源利用 新能源从广义上来说指太阳能，它包括风能、水的势能、化学能等。当前 世界，煤矿、石油等自然资源不断减少，并且由它们产生的污染及全球热效应 不断加剧，新的能源
12、如太阳能、风能将成为主要能源。这些新能源通常用半导 体材料制成的光伏电池收集，运用一定的科学技术手段转化成人们需要的各种 各样的电能，逆变技术就是其中的关键技术之一。 112 消除市电谐波污染 近年来谐波污染成为电网系统的一大“公害，它严重影响了电力设备和用电设备的安全，影响电网电力设计的高效可靠运行。对谐波污染的有效管理不仅能够提高用电设备运行质量和能源节约，而且关系到国民用电安全的问题。随着电网的快速发展，负荷的急剧增加，越来越多的电力电子设备、电弧放电 性负载、家用电器、气体放电灯和其他非线性负载的使用，使大量高次谐波电 流涌入各级电网，使电网电压波形畸变严重、三相电压不对称和电压闪变波
13、动，损坏发电设备、变电设备和用电设备，危害电网安全。通过对市电整流后利用 现代逆变技术再转换为市电标准，可以净化市电的谐波污染，保护用电设备和用户安全。此外，逆变器还广泛应用于其他多个领域，如交流电动机变速调速、电动 机制动再生能源回馈、不间断电源系统、感应加热、弧焊电源、变频电源等。由此可见逆变电源对我们的生活和社会都有着极大的影响，对它的研究也具有较大的意义。12 逆变器的发展及趋势 121 逆变器的发展历史 逆变器技术的发展始终与功率器件及其控制技术的发展紧密结合，从开始 发展至今共经历了五个阶段嘲啪。 第一阶段：20世纪50年代到60年代，晶闸管(SCR)的诞生为正弦波逆变器 的发展创
14、造了条件； 第二阶段：20世纪70年代，可关断晶闸管(GTO)及双极型晶体管的出现使逆变器技术得到了发展和应用； 第三阶段：20世纪80年代，功率场效应管、绝缘栅型场效应管和MOS控制晶闸管的问世为逆变器的大功率发展方向奠定了基础； 第四阶段：20世纪90年代，微电子技术的发展使新的控制技术如矢量控制技术、多电平控制技术、模糊控制技术和重复控制等技术在逆变领域得到了较好的应用，极大的促进了逆变器技术的发展； 第五阶段：21世纪初，随着电力电子技术、现代控制理论和微电子技术的不断进步和改进，逆变器技术朝着高效率、高频化、高可靠性、高功率密度和智能化的方向发展。 122 逆变器的发展趋势 随着电力电子技术的高速发展和各行业对逆变器控制性能要求的提高，逆变器也得到了快速发展，目前逆变器的发展方向主要体现在： 1高频化。高频化指的是提高功率开关器件的工作频率，这样不但可以减小整个系统的体积，而且对音频噪声有很好的抑制作用，同时提高了逆变器输出电压的动态响应能力。高频工作的功率开关器件对应于高频隔离变压器，高频隔离变压器的应用对整个系统的体积又有了进一步的减小。 2高性能化。有效值是逆变器输出电压的主要参数，高性能的逆变器输出电压有效值稳定，同时有很高的波形质量，适应非线性负
