1、摘 要逆變電源是一種采用電力電子技術、控制技術進行電能轉換的電力裝置，它可將輸入的12V直流電轉換成220V功率為220W的交流電。它輸出的交流電可用于各類設備，最大限度的滿足移動供電場所。總的來說，逆變電源就是通過半導體功率開關器件的開通和關斷作用，把直流電能轉換成交流電能。直流電能通過升壓變壓器、逆變電路、濾波電路變成我們所需要的交流電能 。當然一個完整的逆變電源還需要一些保護電路，比如過載保護，溫度保護等。關鍵詞：升壓變壓器；逆變電路；濾波電路；保護電路 目 錄第1章 緒論11.1 電力電子技術概況11.2 本文設計內容2第2章 逆變電源電路設計32.1 逆變電源總體設計方案32.2 具

2、體電路設計4 升壓斬波電路4 單相全橋逆變電路62.2.3 PWM的控制方法8 保護電路設計102.3 調試或仿真、數據分析12第3章 課程設計總結14參考文獻15第1章 緒論1.1 電力電子技術概況電源設備廣泛應用于科學研究、經濟建設、國防設施及人民生活等各個方面，是電子設備和機電設備的基礎，它與國民經濟各個部門相關，在工農業生產中應用得最為廣泛。可以說，凡是涉及電子和電工技術的一切領域都要用到電源設備，它不僅提供優質電能，還對科學技術的發展產生巨大的影響，例如由于超小型、高效率的高頻開關電源的出現，促進了航空航天和艦船技術的發展；不間斷電源 (UPS)的研制成功大大提高了計算機、通信、導航

3、、醫療等設備的可靠性;脈沖電源廣泛應用于電焊、電鍍等行業，節省了大量的電能和原材料。本文所介紹的逆變電源電路主要采用集成化芯片,使得電路結構簡單、性能穩定、成本較低。因此,這種電路是一種控制簡單、可靠性較高、性能較好的電路。整個逆變電源也因此具有較高的性價比和市場競爭力。逆變電源技術的發展是和電力電子器件的發展聯系在一起的，器件的發展帶動著逆變電源的發展。最初的逆變電源采用晶閘管（SCR）作為逆變器的開關器件，稱為可控硅逆變電源.由于SCR是一種沒有自關斷能力的器件，因此必須通過增加換流電路來強迫關斷SCR, SCR的換流電路限制了逆變電源的進一步發展。隨著半導體制造技術和交流技術的發展，自關

4、斷的電力電子器件脫穎而出，相繼出現了電力晶體管(GTR)、可關斷晶閘管（GTO）、功率場效應晶體管（MOSFET）。絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等等。自關斷器件在逆變器中的應用大大提高了逆變電源的性能。由于自關斷器件的使用，使得開關頻率得以提高，從而逆變橋輸出的電壓中諧波的頻率比較高，使輸出濾波器的尺寸得以減小，而且對非線性負載的適應性得以提高。總之，逆變技術的發展是隨著電力電子技術、微電子技術和現代控制理論的發展而發展的，進入21世紀，逆變技術正向著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發展。而逆變電源是光伏發電系統中的重要組成部分，逆變電源的性質決定了光伏發電系統輸出電能的質量。隨著

5、逆變電源的類型的增多和控制技術的不斷發展，使得光伏發電系統可以應用到與國民生產和日常生活相關的各個領域。1.2 本文設計內容本課題主要研究逆變技術，通過給定的12V直流電壓轉化成50HZ/220V能帶動額定負載的交流電輸出，解決沒有交流電源的情況下交流電氣設備的用電問題。并且利用電路圖進行仿真，做出相應的參數辨別曲線。主要涉及到的問題包括以下幾個：1、確定系統的總體結構；2、升壓斬波電路的設計；3、逆變電路的設計；4、元器件的選擇；5、參數的計算；6、對系統進行仿真；第2章 逆變電源電路設計2.1 逆變電源總體設計方案 通過把12V的蓄電池電源轉換為工頻使用電源，用于各種電子器件中，是一種簡單

6、，廉價的方式。主電路設計中采用了簡單的升壓斬波電路，逆變電路，以及幾款簡單的芯片，經濟性能良好，使用方便。就本系統的性能穩定性而言，由于沒有設計復雜的電路進行干擾，所以輸出穩定，是一款性價比很高的系統。如圖2.1是逆變電源的原理框圖， 蓄電池升壓變壓器工頻逆變濾波環節負載 圖2.1 總體原理框圖如圖所示，將直流電壓經過非隔離變化后得到高壓直流電壓，再通過工頻逆變；得到交流電壓。由于不采用變壓器進行輸入和輸出隔離，所以體積小、重量輕、效率高、成本低而且系統也不復雜。但是由于沒有進行隔離，所以存在許多不安全因素，為了進行保護和防止干擾，必須采取許多防護措施。 其中升壓變壓器采用的是簡單的直流升壓斬

7、波電路，其作用是將12V直流電壓變成220V交流電壓。該電路結構簡單，控制方式簡單，用直流斬波器代替變阻器可節約電能30%左右。不僅起到調壓作用，同時起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲作用。 由于本設計的對象是單向逆變電源，所以逆變電路采用的是單相橋式PWM逆變電路，其作用是將220V直流電壓變成220V交流電壓，達到我們所需要的電壓。 2.2 具體電路設計2.2.1 升壓斬波電路本設計主要采用直流升壓斬波電路作為升壓環節的主電路，如圖2-3所示。該電路結構非常簡單，控制方式也很簡單，而且直流斬波器代替變阻器可節約電能30%左右，所以斬波電路不僅能起到調壓作用，同時還能起到有效地抑制電網側諧波電

8、流噪聲作用。 圖2.3直流升壓斬波電路 如圖所示，升壓斬波電路中的開關器件可以根據具體的應用要求來選擇，其中二極管VD可以防止電容C通過電源放電。該電路的工作過程可以分為2兩種模式，其等效電路如圖所示。 圖2.4 模式1 圖2.5 模式2當電流連續時，升壓斬波電路的主要工作波形如圖2.6所示，設t=ton時刻驅動V導通，在ton時間內，電路工作在模式1，開關器件V導通時間為ton，電路等效為兩個回路，在直流側，電感L中的電流按指數上升，由It1上升到It2，此時開關器件V的電壓為0V，所以電感電壓為電源電壓，又因此時的二極管VD截止，即電流為0，直流電源的能量將全部存儲在電感L中，負載上的電流

9、由電容C放電來維持恒定。 IoUdUi 圖2.6升壓斬波電路工作波形在T1時刻驅動V關斷，電路工作方式為模式2，此時電源和電感儲能釋放，同時向電容和負載供電。有 ，其中 成為升壓比，升壓比的倒數記作，和的關系表示為：+=1，所以上面的公式整理后又可以表示為：其中，占空比<1，可見電路的輸出平均電壓U0大于輸入直流電壓Ui，即該斬波電路具有升壓功能，符合設計要求。2.2.2 單相全橋逆變電路電路如圖2.7所示，該電路是單相全橋逆變電路，可以看作是由兩個半橋逆變電路組成的。在單向電壓型逆變電路中是應用最多的電路，而且主要應用于大容量場合。在相同的直流輸入電壓情況下，全橋逆變電路的最大輸出電壓

10、是半橋逆變電路的兩倍，這意味著輸出功率相同時，全橋逆變電路的輸出電流和通過開關器件的電流均是半橋逆變電路的一半，在大功率場合中，這是一個非常顯著地優點，可減少電路所需并聯的器件數量。所以綜合分析，最終選取單相全橋逆變作為逆變環節的主電路，下面將簡單的介紹單相全橋逆變電路的工作方式以及主要波形。 Ud+ 圖2.7 單相全橋逆變電路如圖2.7所示，單相全橋逆變電路可以看作是由兩個半橋電路組成的，橋臂1、4和橋臂2、3各成一對，成對的兩個橋臂同時導通，兩對交替各導通180°，其輸出電壓的波形和半橋電路的波形形狀相同，也是矩形波，但其幅值高出一倍，=。在直流電壓和負載都相同的情況下，輸出的電

11、流的波形也和半橋電路中的形狀相同，而幅值增加一倍。全橋逆變電路是單相逆變電路中應用最多的電路，下面對其電壓波形做定量分析。把幅值為的矩形波u0展開，形成傅里葉級數： (2-1)式中，基波的幅值和基波的有效值分別為： (2-2) (2-3)前面分析的波形都是正負電壓各180°的矩形波情況，在這種情況下，要改變輸出電壓的有效值，只能通過改變直流電壓來實現。在阻感負載時，還可以采用移相方式來調節逆變電路的輸出電壓，這種方式成為移相調壓。其波形如圖2.8所示，這里所說的移相調壓其實就是調節輸出電壓矩形波(脈沖)的寬度，具體做法是，柵極信號、互補，、互補，而且仍為180°正偏、180

12、°反偏。但是與、與的相位不同，錯開角度，即調節落后的角度從180°較少為角(0<<180°)，調節落后的角度也從180°較少為角。也就是說，輸出電壓u0的波形不再是正負各180°的矩形波，而是正負各位的矩形波。 圖2.8 單相全橋逆變電路的移向調壓方式波形2.2.3 PWM的控制方法 電路如圖2.9所示，該電路工作時，v1和v2通斷互補，v3和v4也通斷互補，如在uo正半周，v1導通，v2關斷，v3和v4交替通斷，且負載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段區間為正，一段區間為負。在uo的負半周，讓v2保持通態，v3保持斷態，v3

13、和v4交替通斷，負載電壓uo可以得到-ud和零兩種電平。調制電路 圖2.9 單相橋式PWM逆變電路單極性控制方式：如圖2.10所示，調制信號ur為正弦波，載波uc在ur的正半周為正極性的三角波，在ur的負半周為負極性的三角波。a） 在ur的正半周時，v1保持通態，v2保持斷態，當ur>uc時，使v4導通，v3關斷，uo=ud；當ur<uc時，使v4關斷，v3導通，uo=0.b） 在ur的負半周時，v1保持斷態，v2保持通態。當ur<uc時，使v3導通，v4關斷，u0=-ud。當ur>uc時，使v3關斷、v4導通，uo=0。圖2.10 單極性PWM的控制方式雙極性控制方式

14、：如圖所示，在調制信號ur和載波信號的交點時刻控制開關器件的通斷。a） 在ur的半個周期內，三角波載波有正有負，所得的PWM波也有正有負，在ur的一個周期內，輸出的PWM波只有正負ud兩種電平。 圖2.11 雙極性PWM的控制方式 2.2.4 保護電路設計保護電路用于當電源出現異常情況時保護設備以及電源本身。當主回路中發生過載，過壓等異常狀況時，停止電路元件的工作。保護電路能有效的保護逆變器件和負載不被損壞。保護電路分為欠過電壓保護和過流保護。過壓保護電路如圖2.12所示，它監測蓄電池的電壓狀況，如果蓄電池電壓低于預設的10.8V，保護電路開始工作，使控制器SG3524的腳10關斷端輸出高電平

15、，停止驅動信號輸出。圖2.12中運算放大器的正向輸入端的電壓由R1和R3分壓得到，而反向輸入端的電壓由穩壓管箝位在7.5V，正常工作的時候，由三極管V導通，IR2110輸出驅動信號，驅動晶閘管正常工作，實現逆變電源的設計。當蓄電池的電壓下降超過預定值后，運算放大器開始工作，輸出跳轉為負，LED燈亮，同時三級管V截止，向SG3524的SD端輸出高電平，封鎖IR2110的輸出驅動信號。此時沒有逆變電壓的輸出。 圖2.12 過電壓保護 過流保護不僅直接關系到IGBT器件本身的工作特性和運行安全，而且影響到整個系統的性能和安全。它包括短路和過流保護兩種。 +15V+15V通常采取的保護措施有軟關斷和降

16、柵壓兩種。軟關斷是指在過流和短路時，直接關斷IGBT。但是，軟關斷抗騷擾能力差，一旦檢測到過流信號就關斷，很容易發生錯誤動作。為增加保護電路的抗騷擾能力，可在故障信號與啟動保護電路之間加一延時，不過故障電流會在這個延時內急劇上升，大大增加了功率損耗，同時還會導致 器件的di/dt增大。所以往往是保護電路啟動了，器件仍然壞了。 降柵壓是指在檢測到器件過流時，馬上降低柵壓，但器件仍維持導通。降柵壓后設有固定延時，故障電流在這一延時期內被限制在較小值，則降低了故障時器件的功 耗，延長了器件抗短路的時間，而且能夠降低器件關斷時的di/dt，對器件保護十分有利。若延時后故障信號依然存在，則關斷器件，若故

17、障信號消失，驅動電 路可自動恢復正常的工作狀態，因而大大增強了抗騷擾能力。 上述的降柵壓方法只考慮了柵壓與短路電流大小的關系，而在實際過程中，降柵壓的速度也是一個重要因素，它直接決定了故障電流下降的di/dt。慢降柵壓技術就是通過限制降柵壓的速度來控制故障電流的下降速率，從而抑制器件的dv/dt和uce的峰值。圖2.13給出了實現慢降柵壓的具體電路。圖2.13 慢降柵壓電路圖 2.3 調試或仿真、數據分析直流升壓斬波電路可將輸入的直流電壓12V變成交流電壓220V輸出。完成升壓過程。仿真圖和波形圖如下圖所示。圖2.14 升壓斬波電路圖仿真圖 圖2.15升壓斬波電路輸出電壓波形(一)升壓斬波端的

18、計算：（1）熔斷器參數的計算：額定電流：I=（1.21.5）I1=（1.21.5）*16.7=2025（A）選擇熔斷器時，應當選用通過電流在20A25A之間的熔斷器，當電路中的電流超過25A時，熔斷器會自動燒斷，對電路起到了過流保護的作用。(2)IGBT參數的計算：額定電壓：Umax=U1=350(V） 選取器件時選擇(23)Umax=700v1050v額定電流：Imax= I1=0.57(A) 選取器件時選擇(23)Imax=1.14A 1.17A（3）二極管參數的計算額定電流：Ivt= I1=0.57 (A)I=(1.52)*I/1.57=(1.52)*0.57/1.57=0.550.73

19、(A)額定電壓：U=U1=350 (V)U=(23)* U=(23)*350 =700 1050 (V)二、單相橋式逆變端參數計算：（1）IGBT參數的計算：VT1,VT2,VT3,VT4的參數相同，取VT1為例額定電壓：Umax=U1=350(V） 選取器件時選擇(23)Umax=700v1050v額定電流：Imax= I1=0.57(A) 選取器件時選擇(23)Imax=1.14A1.17A（2）二極管參數的計算：VD1,VD2,VD3,VD4的參數相同，取VD1為例額定電流：Ivt= I1=0.57 (A)I=（1.52)*I/1.57=(1.52)*0.57/1.57=0.550.73(A)額定電壓：U=U1=350 (V)U=（23)* U=(23)*350 =70