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1、1电压型逆变电路的方案设计21.1 电路的总体思路21.2电路模块错误！未定义书签。1.3 SPWM逆变电路及其控制方法错误！未定义书签。2电压型逆变电路主电路的设计错误！未定义书签。2.1逆变电路的设计错误！未定义书签。2.1.1三相电压型桥式逆变电路错误！未定义书签。2.2主电路的设计52.2.1逆变器主电路设计52.2.2脉宽控制电路设计63 SPWM信号的产生和驱动电路的设计83.1 SPWM信号的产生错误！未定义书签。3.2驱动电路的设计错误！未定义书签。3.3保护电路的设计错误！未定义书签。4设计体会和致谢11参考文献12附录：131直流斩波电路的方案设计1.1电路的总体思路由电压
2、型直流电源供电的逆变电路。直流电源采用相控整流电路，由 普通晶闸管组成。逆变电路由 6个导电臂组成，每个导电臂均由具有自关 段功能的全控型器件及并联二极管组成，所以实际上也是一种全控型逆变 电路。负载为感性，星型接法，在整流电路和逆变电路之间并联大电容Cd。由于Cd的作用，逆变入端电压平滑连接，直流电源具有电压源性质。为了得到SPWM波，我们一般采用双极性调制技术。该调制方法最大的 缺点就是它的6个功率管都在工作在较高频率，从而产生了较大的开关损 耗，开关频率越高，损耗越大。本次设计针对正弦波输出变压变频电源 SPWM 调制方法以及数字化控制策略进行研究设计。实现逆变电源变压，变频输 出。正弦
3、逆变电源作为一种可将直流电能有效的转换为交流电能的电能变 换装置被广泛的应用于国民经济生产生活中。1.2电路模块电压型逆变电路电路一般主要可分为主电路模块，控制电路模块和驱动电路 模块三部分组成。主电路模块，主要由电源变压器、整流电路、滤波电路组成，其中主要由全 控器件IGBT的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u。的大小。控制电路模块，可用直接产生PWM的专用芯片SG3525来控制IGBT的开通与 关断。驱动电路模块，驱动电路把控制信号转换为加在IGBT控制端和公共端之间， 用来驱动IGBT的开通与关断。1.3 SPWM逆变电路及其控制方法SPWM逆变电路属于电力电子器件的应用系统，因此，
4、一个完整的SPWM 逆变电路应该由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。由 信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路 去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断，来完成整个系统的功能。目前应用最为广泛的是电压型PWM逆变电路,脉宽控制方法主要有计算机 法和调制法两种，但因为计算机法过程繁琐，当需要输出的正弦波的频率、幅值 或相位发生变化时，结果都要变化，而调制法在这些方面有着无可比拟的优势， 因此，调制法应用最为广泛。所为调制法，就是把希望输出的波形作为调制信号ut，把接收调制的信号作 为载波uc，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。本次课程设计
5、任务要求 设计三相电压源型SPWM逆变电路，输出PWM电压波形等效为正弦波，因而 信号波采用正弦波，载波采用最常用的等腰三角形。单相桥式电路既可以采取单极性调制，也可以采用双极性调制，而三相桥式 PWM逆变电路，一般采用双极性控制方式。所为单极性控制方式，就是在信号 波Ut的半个周期内三角波载波Uc只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所 得到的PWM波形也只在单个极性范围变化的控制方式，和单极性PWM控制方 式相对应的是双极性控制方式。采用双极性方式时，在ut的半个周期内，三角波载波不再是单极性的，而是有正有负, 所得到的PWM波也是有正有负。在ut的一个周期内，输出的PWM波只有U两种电平
6、，d而不像单极性控制时还有零电平。仍然在调制信号Ut和载波信号Uc的交点时刻控制各开关 器件的通断。在ut的正负半周，对各个开关器件的控制规律相同。2.电压型逆变电路主电路的设计2.1逆变电路的设计2.1.1三相电压型桥式电路用三个单相逆变电路可以组合成一个三相逆变电路。但在三相逆变电路中， 应用最为广泛的还是三相桥式逆变电路。采用IGBT作为开关器件的三相电压型 桥式逆变电路如图2.1所示，可以看成是由三个半桥逆变电路组成。y.I2v4-|VD?2K2.1三相电压型桥式逆变电路电路的直流侧通常只有一个电容器就可以了，但为了方便分析，画作串联的 两个电容器并标出假想中点N 。和单相半桥、全桥逆
7、变电路相同，三相电压型 桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式，即每个桥臂的导电角度为 180，同一相（即同一半桥）上下两个臂交替导电，各相开始导电的角度以此相 差120。这样，在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通。可能是上面一个臂下面两 个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换流都是在同一相上 下两个桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流。三相电压型桥式逆变电路的工作波形如图2.2所示。分析三相电压型桥式逆 变电路的波形:UNuVNuWNtii图2.2三相电压型桥式逆变电路的波形图uUVuUNuNN对三相桥式逆变电路的输出电压进行定量分析。把输出线电压展开成傅里 叶级数得:2=&
8、冗1sin et + Y (-1)k sin net nnuUV=2 d (sin- sin 5t - sin 7t + 丄 sinllet 兀57ll式中，n二6k士1，k为自然数。 输出线电压有效值Uuv为f 12兀U = J u 2dt = 0.816Uuv2 兀uvd* 0基波幅值 U UV 1m 和基波有效值 UV 1 分别为U = ZUd = 1.1U ； U= Uuv1m 二应 U = 0.78UUV 1m兀dUV 12兀 dd接下来，我们再对负载相电压uUN进行分析。把uUN展开成傅里叶级数得2U111u d (sin t + sin 5et + sin 7et +sin11e
9、t +)un 兀57112 ( sinet + 工 sinnwt) 兀nn式中,n二6k 士1, k为自然数。负载相电压有效值UUN为U =UN12兀J u 2 d t 0.471U2 兀UNd0基波幅值 U UN 1m 和基波有效值 un 1 分别为U 2U 0.637U ； U UuNim 0.45UUN 1m兀dUN 1d2.2主电路的设计2.2.1逆变器主电路设计图2.3是SPWM逆变器的主电路设计图。图中VIV6是逆变器的六个功 率开关器件，各由一个续流二极管反并联，整个逆变器由恒值直流电压U供电。 一组三相对称的正弦参考电压信号 由输出的基波频率，应在所要求的输出频率范围内可调。参
10、考信号的幅值也可在一 定范围内变化，决定输出电压的大小。三角载波信号U c是共用的，分别与每相 参考电压比较后，给出“正”或“零”的饱和输出，产生SPWM脉冲序列波。 Uda，Udb，Udc作为逆变器功率开关器件的驱动控制信号。当U U时，给V1导通信号，给V4关druc断信号，U -U /2。Uuv的波形可由U厂U，得出，当1和6通时，U U，undunvnuvd当3和4通时，U -U，当1和3或4和6通时，Uuv =0。输出线电压PWMuvd波由士U和0三种电平构成负载相电压PWM波由(2/3) U，(1/3) U和0共5ddd种电平组成。图2.3逆变器的主电路设计图2.2.2脉宽控制电路
11、设计SG3524芯片是集成PWM控制器，利用SG3524控制选择脉宽。其内部框图如图2.4所示。图2.4 SG3524内部框图其工作原理：直流电源VS从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一 路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的+ 5V基准电压。+5V再送到内部 （或外部）电路的其他元器件作为电源。振荡器脚7须外接电容CT,脚6须外接电阻RT。振荡器频率f由外接电阻RT和电容CT决定，f=1.18/RTCT。振荡器的输出分为两路，一路以时钟脉冲 形式送至双稳态触发器及两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相 端，比较器的反向端接正弦波调制信号，通过芯片内置的比较器完成载波和调制 波
12、的比较，产生SPWM信号。3 SPWM信号的产生和驱动电路的设计3.1 SPWM信号的产生ICL8038产生的正弦波ur与1V基准经过加法器后得到ud, ud输入到 SG3524的脚1,脚2与脚9相连，这样-和锯齿波将在SG3524内部的比较 器进行比较产生SPWM信号。左电桥的控制信号可以由正弦信号与直流电压通过电压比较器产生，本次课 程设计采用LM339芯片，其引脚图如图3.1所示。Output 3Output 4Grrd+ Input 4-Input 4+ Input 3-Input 3图3.1 LM339引脚图LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，可以任意选用。3.2驱动电路的
13、设计由于LM3S1138产生的SPWM信号不能直接驱动IGBT，故逆变桥的驱动 采用专用芯片IR2110。IR2110是一种双通道、栅极驱动、高压高速、单片式集成功率驱动模块， 具有体积小(DIP14)、集成度高(可驱动同一桥臂两路)、响应快(典型 ton/toff=120/94ns)、偏置电压高(600 V)、驱动能力强等特点，同时还具有外部 保护封锁端口，常用于驱动MOSFET和IGBT等电压驱动型功率开关器件。IR2110自身的保护功能非常完善：对于低压侧通道，利用2片IR2110驱动 全桥逆变电路的电路图如图3.2所示。图3.2全桥驱动电路为改善PWM控制脉冲的前后沿陡度并防止振荡，减
14、小IGBT集电极的电压 尖脉冲，一般应在栅极串联十几欧到几百欧的限流电阻。IR2110的最大不足是 不能产生负偏压，由于密勒效应的作用，在开通与关断时，集电极与栅极间电容 上的充放电电流很容易在栅极上产生干扰。针对这一点，本次课设在驱动电路中 的功率管栅极限流电阻R1、R2上反向并联了二极管D4、D5。3.3保护电路的设计升压斩波电路需同时具有过压和过流保护功能，分别如图3.3所示，均采用 反馈控制,将过流过压信号反馈到芯片SG3525的输入，从而起到调节保护作用。 同时芯片SG3525也可完成一定的保护功能，例如，脚8软起动功能，避免了开 关电源在开机瞬间的电流冲击，可能造成的末级功率开关管的损坏。图3.3保护电路参数选择：由设计要求可取直流输入电压U =40V, U =380V,贝U：do(1) 占空比a =1-20/380=0.89.(2) 交流侧二次电压有效值U = U /1.2=33.33V;2 d取交流一次电压有效值U =220Vi变压器变比 K= U /U =220/33=6.6。1 2 /(3) 输出功率为100W,所以负载电阻R= Uo2p =1444Q，取1450Q ；负载电流I = U /R =0.26,电源电流I =(I a
