单相逆变器设计

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1、目录摘要 31概述及设计要求 41.1概述41.2设计要求 42总体设计方案介绍及原理框图 52.1方案概述 52.2逆变电路及换流原理介绍 52.3电压型逆变电路的特点及主要类型 52.4系统原理框图 63各电路模块设计 73.1逆变电路的主电路设计 73.2驱动电路设计 73.2.1 MOSFET 介绍73.2.2 SG3524 及 IR2110 芯片介绍83.3保护电路设计114心得体会 13参考文献 14附录摘要本系统是根据无源逆变的实用原理， 采用单相全桥逆变电路工作方式，实现把直 流电源(48v)转换成交流电(1KVA 220V)。在本设计电路中，将48V直流电压经逆变 器转变为交

2、流电压，再由工频变压器升压，最后通过低频滤波器滤波实现输出为 220V 的交流电压。关键字：单相、全桥、逆变、升压、滤波abstractthis system is according to the practical principle passive inverter , single-phase bridge inverter circuits work method, realize the dc power supply (48 v) convert alternating current (1 KVA 220 v). In this circuit design, 48 V dc

3、voltage inverter into the ac voltage, again by industrial frequency transformer booster , finally through the low frequency filters filter realize output for 220 V ac voltage.key word: single phase, the whole bridge, inverter, and boost, filtering单向逆变器的设计1 概述及设计要求1.1 概述逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成

4、交流电（一般为220v50HZ 正弦或方波）。应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V交流的。通俗的讲，逆变器是 一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组 成。逆变器的日常用途1汽车上的逆变器所获得的220V电，是220V 50HZ，高档点的是正弦波的，便宜的 一般是方波的。正弦波的那种和接插座上用的电，是一样的，而方波的其实也可以用， 只不过如果用风扇等有电机的设备，会有一些噪音，之所以用方波，就是因为这种调制 方式成本比较低。2接笔记本，电视，碟机之类的东西，只要在他的额定功率下使用， 都没问题。但是需要注意他是接在汽车蓄电池上的，虽然他一般都是11

5、V就自动保护 断电，避免电压过低导致车无法启动，但是还是不适宜在引擎不运转的情况下用，所以 如果用负载比较大，还是建议启动引擎。如果是给手机充电道没什么问题。3.电动车上， 有一个叫DC-DC的模块，他也叫 直流转换器，这个模块输入48V，输出12V,那么你 只要购买一个12V输入的车载逆变器就可以使用。当然若你能买到48V输入的逆变器更 好，但估计很难买到而且，这个模块一般只能提供5A电流，最多不过10A,而且车灯 什么的也要用，所以很容易过载，建议，如果可以，多买一个 直流转换器，这个转换 器专门给你那逆变器供电，然后如果直流转换器只能提供5A，那么逆变器输入就应当小 于5A,否则可能会损

6、坏那模块，当然有一些直流转换器电流是很大的，如果修车的地 方没有，可以到一些电器店或叫他们修理的给你进一个大电流的，或者多个直流转换器 并联也可以，总之，不要让他过载就可以 。1.2 设计要求要求设计一个输入为48V直流电压，输出容量为1KVA，输出电压为220V单相交流 电的逆变器。2 总体设计方案介绍及原理框图2.1 方案概述本次课程设计的主要目标，是设计一个单相桥式逆变电路，且本设计采用电压型逆 变器，同时要设计相应的触发电路和过电流过电压保护电路。根据电力电子技术的相关 知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路模型，在日常生活中有着广泛的应用。 它的电路结构主要是由四个桥臂组成，其中

7、每个桥臂都有一个全控器件 MOSFET 的导通 控制需要触发电路，通过资料的查询，找到相关的触发电路，从中进行选择，最终确定 方案。可以用芯片SG3524及IR2110进行触发，使换流能够实行。最后设置过电压过电 流保护电路，通过查询资料，连出电路图，将触发电路接入，设置参数，根据设置的参 数进行计算。2.2 逆变电路及换流原理介绍与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路称为逆变电路。当交流侧接在电网 上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变。在不加说时，逆变电 路一般指无源逆变。逆变电路在生活中有很广泛的应用。交流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路的转移，这

8、称为换 流。换流是实现逆变的基础。通过控制开关器件的开通和关断来控制电流通过支路，这 是实现换流的基本原理。换流方式有多种，其中主要分为期间换流、电网换流、负载换 流、和强迫换流四种方式。2.3 电压型逆变电路的特点及主要类型根据直流测电源的性质不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路； 直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。电压型逆变电路有以下特点：1) 直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流 回路呈现低阻抗。2) 由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无 关，而交流侧输出电流波形和相位应为负载阻抗的情况不同而不同。3

9、) 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为 了给交流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管，又称为续流二 极管。逆变电路分为三相和单相两大类。其中，单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有： 单相半桥和单相全桥电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。最常 见的是三相桥式逆变电路。2.4 系统原理框图系统原理框图如下图 1 所示：滤波220VAC-图 1 系统原理框图3各电路模块设计3.1逆变电路的主电路设计在本次设计中，主要采用单相全桥式逆变电路作为设计的电路。其主电路结构图如下图2所示：图2单相全桥逆变电路主电路及升压结构图如上图2

10、所示，单相全桥逆变电路主电路主要有四个桥臂，可以看成由两个半桥 电路组合而成。其中桥臂1、为一对，桥臂2、为一对。每个桥臂有一个可控器件MOSFET 以及一个反并联的二极管组成。在直流侧接有足够大的电容，负载接在桥臂之间。它的 具体工作过程如下：舍最初时刻t1时，给MOSFET Q1、Q4触发信号，使其导通。则电 流流过桥臂1,负载。桥臂4构成一个导通回路。当t2时刻时，给Q2、Q3触发信号， 给Q1、Q4关断信号。但由于负载电感较大，通过它的电流不能突变，所以二极管D2， D3导通进行续流。当电流逐渐减小为0,桥臂1、4关断，桥臂2、3导通，构成一个回 路，从而实现换流。3.2驱动电路设计3

11、.2.1 MOSFET 介绍MOSFET是一种电压控制的单极性器件，它是由金属氧化物和半导体组成的场效应晶 体管，所以也叫绝缘栅型场效应管。应用VMOSFET工艺，生产出了大功率的产效应管， 并在逆变电路中得到广泛应用。功率场效应管简称VMOSFET，或VMOS，作为开关器件， 其常态是阻断状态，即VMOS都是增强型MOSFET。MOSFET分为N沟道和P沟道两类。N沟道VMOS的导通电流的方向是从漏极D到源极S； P沟道MOS的导通方向是从源极S到 漏极D。VMOS管的工作原理是，源极S接零电位，漏极D接正电位，当栅极接正电压时，由 于电荷感应，在P区感应出电子，电子的累积便形成N沟道。源极

12、S和漏极D之间便产 生了电流。因此，栅极G上的电压的大小，决定了源极S与漏极D之间的电流大小。1G二bn+pn+j沟道N -N+DSN沟道SP沟道a)b)图3 MOFeT9结构图和电气图3.2.2 SG3524 及 IR2110 芯片介绍SG3524采用DIP-16封装，引脚排列如下图4所示。各引脚功能如下：第1、2脚分别为误差放大器的反相输入端与同相输入端。第3脚是振荡器输出端。第4、5脚依 次是限流比较器检测端。第6、7脚分别接定时电阻(RT)和定时电容(CT)。第8脚为接地 端。第9脚为误差放大器的频率补偿端。第10脚为关断电路控制端.改变此脚电位就可 控制PWM的通断。第11、14脚为

13、输出管Ea、EB的发射极。第l2、l3脚为输出管的集 电极；第l5脚为电源输入端，接+5V+30V。第l6脚为+5V基准电压引出端。NicLcLRTCTTJD OLGSG352416一I5LI4T3_12h_1a9_CASD7图4 SG3524引脚图SG3524引脚功能说明引脚 匚 2325262匸892匚瓦141516修号INVN,INVOSC+CL-CLRtCTGNDCOMPSDEaCaCbEbVinVref功能反相输入引脚-同相输入引脚振荡器输出引脚检测引脚(+CL)检测引脚(-CL)积分电阻引脚积分电容引脚-地线补偿引脚- 关闭(停止)引脚 发射极(A)引脚 集电极(A)引脚 发射极(

14、B)引脚- 集电极(B)引脚 输入电压引脚- 参考电压引脚IR2110是IR公司生产的大功率MOSFET和IGBT专用驱动集成电路，可以实现对 MOSFET和IGBT的最优驱动，同时还具有快速完整的保护功能，因而它可以提高控制系 统的可靠性，减少电路的复杂程度。IR2110引脚图如下图5：双列直插式贴片式NC vD0_ hin SD亠JR2II0 noWNCNC NC H!N彳1R2HGno w 一NCL1N丄SD-NCvss _L COMLIN iNC亠Vs COMNC 10图5 IR2110引脚图（引脚1）:低端输出COM （引脚2）:公共端Vcc （引脚3） :低端固定电源电压Nc （引

15、脚4）:空端Vs （引脚5） :高端浮置电源偏移电压VB （引脚6） :高端浮置电源电压HO （引脚7）:高端输出Nc （引脚8）:空端VDD （引脚9） :逻辑电源电压HIN （引脚10）:逻辑高端输入SD （引脚11）:关断LIN （引脚12）:逻辑低端输入Vss （引脚13）:逻辑电路地电位端，其值可以为0VNc （引脚14）:空端IR2 1 10的特点：（1）具有独立的低端和高端输入通道。（2）悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V。（3）输出的电源端（脚3）的电压范围为1020V。（4）逻辑电源的输入范围（脚9） 515V，可方便的与TTL，CMOS电平相匹配，而且逻 辑电

16、源地和功率电源地之间允许有V的便移量。（5）工作频率高，可达500KHz。（6）开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns。（7）图腾柱输出峰值电流2A。驱动电路如下图6所示:图6驱动电路3.3保护电路设计保护电路分为欠压保护和过流保护。欠压保护电路如图7所示，它监测蓄电池的电压状况，如果蓄电池电压低于预设 的10.8V,保护电路开始工作，使控制器SG3524的脚10关断端输出高电平，停止驱 动信号输出。图7中运算放大器的正向输入端的电压由R1和R3分压得到，而反向输入端的电 压由稳压管箝位在+ 7.5V，正常工作的时候，由三极管V导通，IR2110输出驱动信号，驱动晶闸管正常工作，实现逆变

17、电源的设计。当蓄电池的电压下降超过预定值后， 运算放大器开始工作，输出跳转为负，LED灯亮，同时三级管V截止，向SG3524的S D端输出高电平，封锁IR2110的输出驱动信号。此时没有逆变电压的输出。图7欠压保护电路过流保护电路如图8所示，它监测输出电流状况，预设为1.5A。方波逆变器的 输出电流经过采样进入运算放大器的反向输入端，当输出电流大于 1.5A后，运算放 大器的输出端跳转为负，经过CD4011组成的R S触发器后，使三级管V1基级的信 号为低电平，三级管截止，向IR2011的SD1端输出高电平，达到保护的目的。4 心得体会为期一个多星期的课程设计终于基本告一段落了，过程是辛苦的，

18、但收获巨大，从 内心里感到了喜悦，设计期间的不断与同学的交流以及去图书馆查书籍，上网查资料， 让我学到很多知识的同时，也培养了自己动手、一丝不苟的精神，增加了我独立思考问 题、解决问题的能力，重要的是增加了我学习的兴趣，让我知道从哪方面去学习，让我 感受到对获取知识的迫切心情经过这次设计，让我深深体会到理论联系实际的重要行，平时就要扎扎实实 的学号基本功，只有学号理论知识，在实际使用的时候，都会变的更方便，带给 我收获的同时也让我意思到理论知识及动手操作的不足，所以在以后的学习生活 中，我会更努力的加强理论知识与实践的学习，使自己的能力不断增长，不断提 高自己。参考文献1 王兆安、刘进军主编，电力电子技术（第五版），北京，机械工业出版社，20092 康华光主编，电子技术基础数字部分（第五版），北京，高等教育出版社，20053 林渭勋主编，现代电力电子技术，北京，机械工业出版社，20064 陈伯时主编，电力拖动自动控制系统，北京，机械工业出版社，20055 尹克宁主编，电力工程，北京，中国电力出版社，20086 曲学基 曲敬凯 于明扬主编，逆变技术基础与应用，电子工业出版社，2006附录:总电路图hahth Q -ri.ILNooK!KK日s0呂同1b3LuLii.lrilkJrsIT；!iJHhI$:;V:A世n