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正弦波逆變電源范文第1篇

【關(guān)鍵詞】 車載逆變電源 逆變器 PIC單片機(jī) 單極性正弦脈寬調(diào)制（SPWM）

當(dāng)前，隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，其在各種電器設(shè)備的設(shè)計(jì)之中也逐漸被廣泛應(yīng)用。因?yàn)檐囕d電器在汽車上的普遍使用，關(guān)于車載電源的需求日益增高。同時(shí)電源質(zhì)量也成為各種電器設(shè)備質(zhì)量的基礎(chǔ)和保障，因此在車載電器中對(duì)于PIC單片機(jī)的應(yīng)用也隨之加大。

一、車載逆變電源概述

車載逆變電源主要的作用就是把DC12V的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)锳C220V的交流電，方便車上電器的使用。并且車載逆變器一共有兩類：一類是輸出電壓諧波含量較高，但是連續(xù)性不好的方波逆變器以及準(zhǔn)正弦波逆變器，另一類是應(yīng)用單極性正弦脈寬調(diào)制技術(shù)的純正正弦波逆變器，這種逆變器的負(fù)載適應(yīng)范圍更寬。另外，在當(dāng)前的技術(shù)水平下，單極性正弦脈寬調(diào)制技術(shù)主要有模擬以及數(shù)字這兩種產(chǎn)生方式，其中模擬的方式電路復(fù)雜，操控困難；數(shù)字的方式主要是利用了單片機(jī)，電路簡(jiǎn)單可靠，靈活性大，運(yùn)用廣泛。同時(shí)，PIC單片機(jī)具有速度快、功耗低以及良好的抗干擾性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在車載逆變電源逆變器的設(shè)計(jì)之中。

二、關(guān)于單極性正弦脈寬調(diào)制技術(shù)的調(diào)制原理

從理論上分析，單極性正弦脈寬調(diào)制的方式主要有三種：?jiǎn)螛O性正弦脈寬調(diào)制、雙極性正弦脈寬調(diào)制以及單極性正弦脈寬倍頻調(diào)制。另外，因?yàn)镻IC系列的單片機(jī)CCP模塊在進(jìn)行單極性倍頻調(diào)制時(shí)具有一定的限制性而無法完成，所以，通常情況下關(guān)于PIC系列的單片機(jī)CCP模塊主要應(yīng)用的調(diào)制方式為單極性正弦脈寬調(diào)制以及雙極性正弦脈寬調(diào)制這兩種方式。在逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，在電路利用雙極性SPWM調(diào)制方式進(jìn)行信號(hào)控制時(shí)，其兩兩相對(duì)的開關(guān)必須保持一致，同時(shí)兩路的開關(guān)信號(hào)呈現(xiàn)互補(bǔ)，這樣才能夠?yàn)閱螛O性SPWM調(diào)制方式進(jìn)行信號(hào)控制。

三、關(guān)于正弦波逆變器控制電路的硬件設(shè)計(jì)

雙極性SPWM調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)流程：其中，關(guān)于雙極性SPWM調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路之中的PIC單片機(jī)主要有兩個(gè)CCP單元，其中一個(gè)CCP單元輸出的PWM信號(hào)主要經(jīng)過驅(qū)動(dòng)芯片轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)信號(hào)；另一個(gè)CCP單元輸出的PWM信號(hào)主要經(jīng)過反相器之后轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)信號(hào)，他們分別控制兩個(gè)開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)其電路的正?？刂?。單極性SPWM調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)流程：其中，關(guān)于單極性SPWM調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路之中的PIC單片機(jī)主要有1個(gè)CCP單元，其中CCP單元輸出的PWM信號(hào)主要經(jīng)過驅(qū)動(dòng)芯片轉(zhuǎn)變?yōu)閮陕坊パa(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；并且RC1能夠產(chǎn)生50Hz的方波，在經(jīng)過驅(qū)動(dòng)芯片之后同樣轉(zhuǎn)變?yōu)榛パa(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同樣也是分別控制兩個(gè)開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)其電路的正?？刂?。

四、關(guān)于正弦波逆變器控制軟件的設(shè)計(jì)

關(guān)于單片機(jī)初始化的設(shè)置。在進(jìn)行PIC單片機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，在單片機(jī)外連接20MHz的晶振，并且把指令周期設(shè)置為0.2μs，把SPWM波的開關(guān)頻率設(shè)置為20kHz。另外，對(duì)PIC單片機(jī)的每一個(gè)寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置：寄存器PR2主要決定了正弦波逆變器的開關(guān)周期，設(shè)定為PR2=0Xf9。控制寄存器T2CON在進(jìn)行設(shè)定時(shí)，因?yàn)檎也孀兤鞯拈_關(guān)頻率較高，導(dǎo)致了不同開關(guān)的周期不同，需要在每個(gè)周期之內(nèi)進(jìn)行PI計(jì)算以及PWM調(diào)整，因此關(guān)于控制寄存器T2CON要進(jìn)行分頻設(shè)置為1：5，保證5個(gè)相同的正弦開關(guān)波能夠改變一次占空比。關(guān)于PORTC端口方向寄存器在進(jìn)行設(shè)定時(shí)，保證TRISC的相應(yīng)位為0，就是把其設(shè)置為輸出模式。

關(guān)于SPWM波的產(chǎn)生。通過PIC單片機(jī)，即可對(duì)SPWM波形產(chǎn)生。在實(shí)驗(yàn)中，啟動(dòng)PWM單元，單元的引腳開始輸出高電平，并且TMR2開始從0計(jì)數(shù)。如果TMR2>CCPRxL，輸出低電平；如果TMR2>PR2，TMR2復(fù)位并且系統(tǒng)進(jìn)入另一個(gè)周期，單元的引腳開始重新輸出高電平。并且系統(tǒng)開始執(zhí)行中斷程序。當(dāng)中斷程序開始之后，系統(tǒng)采集半個(gè)周期電壓的平均值，結(jié)合PI計(jì)算出幅值，繼而結(jié)合正弦表得出下一個(gè)PWM的脈寬。并將其脈寬在寄存器CCPRxL中進(jìn)行寫入。其中對(duì)于單極性SPWM調(diào)制平均值的有效控制方法為：在其中斷程序開始之后，就要先對(duì)半個(gè)工頻周期電壓的平均值進(jìn)行收集，隨后通過PI計(jì)算將其幅值得到，依照正弦表，將其正弦脈寬值和幅值相乘，即可將其下一個(gè)PWM脈寬得到。

五、小結(jié)

綜上所述，現(xiàn)代逆變計(jì)數(shù)屬于一項(xiàng)綜合性的技術(shù)，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不同領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其中，關(guān)于車載逆電源逆變器設(shè)計(jì)之中PIC單片機(jī)的應(yīng)用，使得逆變技術(shù)有了飛速發(fā)展，便利了人們的生活。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 陳健，王懷杰，周文振. 基于PIC單片機(jī)的空間電壓矢量PWM控制方法研究[J]. 電子技術(shù). 2011（02）：74-75

正弦波逆變電源范文第2篇

關(guān)鍵詞：電力專用逆變電源；不間斷；UPS

中圖分類號(hào)：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）35-8172-02

逆變電源作為電力系統(tǒng)中提供電源的設(shè)備，為發(fā)電廠和變電所中的監(jiān)控主機(jī)、備機(jī)、前置機(jī)、五防設(shè)備、通訊載波設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備和遠(yuǎn)動(dòng)通訊設(shè)備提供不間斷電源，在發(fā)電廠、變電所中具有重要地位。當(dāng)系統(tǒng)檢修或因故障臨時(shí)或突然停電時(shí)，具有與UPS同樣的功能，能夠不間斷為調(diào)度主站、集控站等提供廠站設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性，為電力調(diào)度指揮提供了充分保證。在電力系統(tǒng)中是不可或缺的設(shè)備。

1 概述

本文所述的電力專用逆變電源采用16位微處理器和高可靠性的智能功率模塊。設(shè)備結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計(jì)理念，采用了人性化的設(shè)計(jì)，面板用液晶來循環(huán)顯示裝置的輸出電壓和電流，且設(shè)備在旁路運(yùn)行、逆變運(yùn)行、逆變故障和直流異常時(shí)皆有指示燈來指示運(yùn)行狀態(tài)。電壓變換部分用變壓器隔離，具有響應(yīng)速度快，抗沖擊能力強(qiáng)，逆變、市電自動(dòng)轉(zhuǎn)換等特點(diǎn)，而且因?yàn)殡娫丛O(shè)計(jì)采用變壓器隔離措施，使直流輸入、交流輸出相互隔離，使設(shè)備的電能質(zhì)量和可靠性得到有效提高。此外模塊采用智能設(shè)計(jì)，具有直流欠壓、過流、過溫保護(hù)及故障指示功能；電路的特殊設(shè)計(jì)，使得它的能量源直流電壓輸入無極性要求，避免因極性接錯(cuò)而損壞設(shè)備的事情發(fā)生，為用戶提供了使用上的便利性。

2 技術(shù)參數(shù)

電力專用逆變電源可在環(huán)境溫度0℃至+45℃、相對(duì)濕度≤90%、大氣壓力86kPa ～106kPa的環(huán)境使用，同時(shí)要求周圍環(huán)境無強(qiáng)烈震動(dòng)和沖擊、無強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾、無嚴(yán)重塵埃、無引起爆炸的危險(xiǎn)介質(zhì)、導(dǎo)電顆粒和嚴(yán)重霉菌，以保證其運(yùn)行可靠，使用壽命達(dá)到預(yù)期。它的輸入電源有兩種：直流電源和市電交流，且對(duì)直流電的輸入域度要求很寬。市電從旁路輸入，輸入電壓允許范圍 ：?jiǎn)蜗郃C 220V±20% 。直流輸入電壓可以是220V或110V兩種，220V電壓輸入的模塊電壓允許范圍為187 V～275V，而110V電壓輸入的模塊電壓允許范圍為94V～138V。輸出額定容量可以是0.5kVA、1.0kVA、2.0kVA或根據(jù)用戶需求定制。交流輸出額定容量：0.5KVA 或1.0KVA 或2.0KVA 或根據(jù)用戶需求定制。輸出電壓：AC220V±5%，輸出頻率：50Hz±1%。具有較強(qiáng)的帶載能力，最高可達(dá)到9A以上，線性負(fù)載情況輸出波形失真率（THD）小于5%，負(fù)載變化由空載到滿載的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也小于5%。

3 原理設(shè)計(jì)

電力專用逆變電源設(shè)備由輸入緩啟動(dòng)單元，SPWM逆變單元，逆變、旁路切換單元，輸出濾波單元，內(nèi)置監(jiān)控單元構(gòu)成。它集合了微機(jī)測(cè)控、變壓器技術(shù)于一體，具有精度高、響應(yīng)快、可靠性好、無波形畸變等特點(diǎn)，可作為發(fā)電廠、變電站的專用UPS使用。它的直流輸入220V或110V經(jīng)過緩啟動(dòng)單元和濾波電路后，采用雙極性正弦波脈寬調(diào)制方式（SPWM）對(duì)逆變器進(jìn)行控制，將平穩(wěn)直流變換為脈寬調(diào)制輸出的交流，該交流基波頻率為所需要的電源輸出頻率。逆變器輸出的脈寬調(diào)制波經(jīng)輸出LC濾波電路濾波，變壓器變壓隔離后，輸出所要求的正弦波交流電。SPWM脈寬調(diào)制電路根據(jù)電源和負(fù)載當(dāng)直流母線電壓處于正常范圍時(shí)，經(jīng)濾波、隔離后，經(jīng)過逆變部分產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的220V正弦波電壓向負(fù)載供電。逆變器供電狀態(tài)時(shí)，輸出為穩(wěn)壓、穩(wěn)頻狀態(tài)。當(dāng)逆變器故障或者直流系統(tǒng)故障時(shí)，將由逆變供電狀態(tài)轉(zhuǎn)向由旁路供電狀態(tài)，此時(shí)輸出為旁路輸出狀態(tài)，不穩(wěn)壓、不穩(wěn)頻。假如關(guān)掉后面板上的逆變輸出的船形電源開關(guān)，也將轉(zhuǎn)向由旁路供電的狀態(tài)。設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)備還充分考慮了輸入輸出過載等的保護(hù)情況，具有較強(qiáng)的過載能力。逆變運(yùn)行時(shí)，負(fù)載功率超過額定的105%時(shí)，延時(shí)90±3s后關(guān)斷逆變輸出，超過額定的120%時(shí)，延時(shí)10±2s后關(guān)斷逆變輸出，需關(guān)機(jī)才能復(fù)位。此時(shí)由旁路電源供電；輸出短路時(shí)，逆變電源輸出將自動(dòng)關(guān)閉，需關(guān)機(jī)才能復(fù)位，此時(shí)由旁路電源供電；當(dāng)輸入直流電壓低于180V或90V時(shí)，裝置的直流異常指示燈亮；當(dāng)輸入直流電壓低于170V或85V時(shí)，逆變電源輸出將自動(dòng)關(guān)閉，需關(guān)機(jī)才能復(fù)位，此時(shí)由旁路電源供電。逆變時(shí)在阻性負(fù)載的情況下工作效率大于80%。

設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)在設(shè)計(jì)時(shí)都充分考慮到了，各種運(yùn)行狀態(tài)都有明確的指示燈指示。當(dāng)旁路運(yùn)行燈點(diǎn)亮?xí)r，說明設(shè)備的輸出是由旁路電源輸出的。當(dāng)逆變運(yùn)行燈點(diǎn)亮?xí)r，說明設(shè)備的輸出為由逆變器輸出。當(dāng)直流異常燈點(diǎn)亮?xí)r，說明設(shè)備的輸入直流電壓已經(jīng)低于180V或90V，當(dāng)直流電壓恢復(fù)至195V或98V時(shí)，該指示燈自動(dòng)熄滅。當(dāng)逆變故障燈點(diǎn)亮?xí)r，有以下幾種情況：

1） 逆變輸出短路時(shí)，該指示燈0.5s閃爍一次；

2） 逆變輸出過載時(shí)，該指示燈0.2s閃爍一次；

3） 逆變輸出過載保護(hù)后，該指示燈常亮。

為了能夠保證變電站運(yùn)行人員實(shí)時(shí)監(jiān)視到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，掌握設(shè)備的運(yùn)行健康狀況，設(shè)備還設(shè)計(jì)了軟件通訊功能，它具有RS485A和RS485B兩個(gè)通訊口，采用通用的CDT或MODBUS規(guī)約來將設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)送到后臺(tái)，方便遠(yuǎn)程監(jiān)視和掌控。

4 結(jié)論

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，發(fā)電廠和變電站的建設(shè)越來越多，對(duì)設(shè)備的可靠性和實(shí)時(shí)性和不間斷性的要求越來越高，必然的對(duì)電力專用逆變電源的需求也不斷增多。隨著該設(shè)備功能的不斷完善和功能的增多，必將有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

正弦波逆變電源范文第3篇

【關(guān)鍵詞】16位單片機(jī)；三相逆變電源；諧波；可靠性；連續(xù)性

一、引言

隨著電力電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，逆變器控制技術(shù)也越來越受到人們的矚目。傳統(tǒng)逆變器采用外環(huán)控制，只能實(shí)現(xiàn)輸出電壓有效值的恒定值控制，不能保證輸出電壓波形質(zhì)量，并且在非線性負(fù)載條件下，輸出諧波含量大且波形嚴(yán)重失真。為實(shí)現(xiàn)供電設(shè)備穩(wěn)態(tài)精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)良性能，現(xiàn)代逆變電源大多采用瞬時(shí)值反饋控制，解決了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢的問題。本文以20KVA三相逆變電源為例來說明。

二、原理及硬件

1.主要技術(shù)參數(shù)

1）輸出額定功率：20KVA

2）輸出額定電壓：380/220V±5%（三相四線）

3）輸出額定頻率：50±1%Hz

4）波形失真度（THD）：≤3%（非線性負(fù)載）

5）動(dòng)態(tài)響應(yīng)：≤5%（負(fù)載變化由空載到滿載）

6）負(fù)載功率因數(shù)：大于0.9

7）過載能力：120%，90秒

8）輸出電流峰值系數(shù)：3：1

9）效率：≥80%

10）三相負(fù)載不平衡能力：100%

2.主電路結(jié)構(gòu)

如圖1所示，系統(tǒng)由三個(gè)單相逆變器組成，它們的輸出端按星型連接，各自獨(dú)立控制。

系統(tǒng)中采用二極管橋式整流電路。逆變器開關(guān)器件選用三菱公司的智能功率模塊IPM，它將功率開關(guān)器件IGBT和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，使用時(shí)只需提供驅(qū)動(dòng)電源和控制信號(hào)即可。IPM還具有過流、過熱等故障檢測(cè)電路，提高了逆變器的運(yùn)行可靠性。系統(tǒng)的基本工作原理是：交流電經(jīng)過整流濾波后，供給逆變橋。IPM在由單片機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制下，將直流電根據(jù)SPWM原理逆變成50Hz的交流電，同時(shí)使三個(gè)單相逆變器的輸出電壓相位差保持在120?，形成三相四線制交流電源，經(jīng)濾波后供給負(fù)載。單片機(jī)對(duì)輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，使輸出電壓和頻率穩(wěn)定在給定值。

3.控制電路的組成

控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)M30624FGAFP、信號(hào)采樣及處理電路、顯示回路、RS485通

訊接口及Gsm Modem組成。

M30624FGAGP是三菱公司推出的一款高性能16位單片機(jī)，該款單片機(jī)融合了基于寄存器型和基于存儲(chǔ)器型兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)類似RISC的高速處理性能。它具有超低功耗、極強(qiáng)的抗干擾能力和很高的C語言編程效率等特點(diǎn)，片內(nèi)集成了10位A/D轉(zhuǎn)換器、DMA控制器、異步通信通道、定時(shí)器等豐富的周邊功能電路模塊，內(nèi)部還有20K的RAM，256K的Flash等，可做到總線不出芯片，具有極高的穩(wěn)定性和極強(qiáng)的抗干擾性。而且通過對(duì)定時(shí)器A1、A2、A4和B2的聯(lián)合使用，可方便的獲得三相SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形。

在裝置內(nèi)部安裝了Gsm Modem，它通過串行通訊接口與單片機(jī)交換信息，可及時(shí)的將系統(tǒng)的運(yùn)行信息以手機(jī)短信的形式傳遞。由于GSM網(wǎng)絡(luò)基本復(fù)蓋全國(guó)，且傳輸穩(wěn)定可靠，可隨時(shí)獲得運(yùn)行信息。

4.保護(hù)功能

1）輸出過載保護(hù)：負(fù)載功率超過105%小于120%額定功率時(shí)，90秒鐘延時(shí)后將關(guān)斷輸出，需關(guān)機(jī)才能復(fù)位。

2）輸出短路保護(hù)：輸出短路或負(fù)載功率超過120%時(shí)，逆變電源輸出將立即自動(dòng)關(guān)閉，需關(guān)機(jī)才能復(fù)位。

3）輸入欠壓告警：輸入交流電壓較低，導(dǎo)致整流后的電壓低于180VDC時(shí)，裝置的欠壓指示燈亮。

三、軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)逆變控制的核心，它決定著逆變器的輸出特性。圖2示出系統(tǒng)程序流程框圖。

在主程序中，完成對(duì)輸出電壓、電流的采樣及三相電壓的相位控制，通過PI調(diào)節(jié)器來調(diào)整輸出電壓，完成顯示及與Gsm Modem通訊并控制其收發(fā)短信息的功能。

在TB2定時(shí)器中斷程序中，首先對(duì)逆變電流進(jìn)行采樣，并判斷該電流或電流上升率是否超過限值，若超過則關(guān)閉SPWM脈沖，否則允許SPWM脈沖輸出，查表取脈沖正弦值，計(jì)算脈沖寬度，給TA1、TA2、TA4定時(shí)器賦值。

在工作過程中，單片機(jī)不斷地處理檢測(cè)反饋回來的信號(hào)，調(diào)整SPWM控制信號(hào)和控制系統(tǒng)的輸出狀態(tài)，以滿足系統(tǒng)的性能要求。為提高抗沖擊性負(fù)荷的能力，對(duì)逆變電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)逐個(gè)脈沖限制，有效的提高了其抗沖擊性負(fù)荷的能力。

建立標(biāo)準(zhǔn)正弦波半個(gè)周波的數(shù)據(jù)表格（0～180?），每隔1.8?左右一個(gè)數(shù)據(jù)，共96個(gè)數(shù)據(jù)（載波頻率9.6KHz）。負(fù)半周可重復(fù)采用該表格，即一個(gè)周波（0～360?）的正弦波數(shù)據(jù)表格共有192個(gè)數(shù)據(jù)。利用查表法求得每一時(shí)刻的脈沖寬度。

利用M30624FCAFP的三相馬達(dá)控制功能，通過控制定時(shí)器A1、A2、A4和定時(shí)器B2，產(chǎn)生三相正弦脈寬調(diào)制（SPWM）波形。

令M30624FCAFP的三相PWM控制寄存器（INVC0）工作在三角波調(diào)制方式，則SPWM波形占空比的瞬態(tài)值用下面的公式計(jì)算：

U_PHASE=WGCP_REF±（M*SIN_VALUE）/156

其中：

WGCP_REF-相中間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的占空比值；

M-調(diào)制深度系數(shù)；取值范圍1～0FFH；

SIN_VALUE-正弦函數(shù)數(shù)據(jù)表對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，取值范圍0～0FFH。0～180?范圍內(nèi)等

式左邊取“+”號(hào)，180～360?范圍內(nèi)等式左邊取“-”號(hào)。

三角波調(diào)制方式波形的形成示意圖如圖3所示。

四、結(jié)論

介紹了基于單片機(jī)控制的三相全橋逆變器的原理及系統(tǒng)流程。整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性高，軟件調(diào)節(jié)控制反饋是系統(tǒng)核心，通過精確的調(diào)節(jié)能使系統(tǒng)更穩(wěn)定可靠運(yùn)行。適用于很多場(chǎng)合，今后在電力電子市場(chǎng)上會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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正弦波逆變電源范文第4篇

【關(guān)鍵詞】多電平逆變器;級(jí)聯(lián);載波相移;SPWM

Abstract：Multilevel converters has drawn tremendous intetest because of its’ good qualities .At present diode-clamp and flying-capacitors multilevel converters need many diodes and capacitors， so its’ structure is very complex.In this paper a cascade inverter with isolated DC sources is introduced， this kind of converter has a simple structure and is easy to control and has a perfect output ，then carrier phase-shifted SPWM control strategy is analysed and the harmonious cancellation theory of this kind of control strategy is studied in detail.In the end the validity of this project is verified by simulation and experimental results.

Key words：Multilevel Inverter;Cascade;Carrier Phase-Shifted SPWM

引言

近年來隨著恒壓、恒頻逆變電源在UPS、車載、船載的獨(dú)立電源系統(tǒng)中應(yīng)用不斷增多，用戶對(duì)逆變電源的容量和輸出波形的要求也不斷提高。而傳統(tǒng)的逆變器要把容量做大，則對(duì)開關(guān)器件的要求較高，如：要承受高的電壓應(yīng)力，能夠通過大的負(fù)載電流。目前只有采用可控硅（SCR，GTO）這些開關(guān)速度低的器件才能滿足要求，而這導(dǎo)致逆變橋輸出波形的低次諧波的含量大，輸出濾波器變得笨重。

針對(duì)以上矛盾，多電平逆變拓?fù)鋄1][2]很好的解決了以上問題，目前的多電平逆變拓?fù)渲饕幸韵聨追N：二極管箝位多電平逆變器[3][4]，飛跨電容型多電平逆變器[5]，級(jí)聯(lián)型多電平逆變器[6]。二極管箝位的多電平逆變器隨著電平數(shù)目M的上升其所需的箝位二極管個(gè)數(shù)n也會(huì)迅速增大，具體關(guān)系為：n=（M-1）（M-3）/2，所以在實(shí)際應(yīng)用中M往往被限制在9以下。飛跨電容多電平逆變器隨著M變化所需飛跨電容的數(shù)目為：n=（M-1）（M-3）/4，所以也存在隨著M增大，需要飛跨電容的數(shù)目太多缺點(diǎn)，同時(shí)控制比較復(fù)雜，工作時(shí)要求較高的開關(guān)頻率以利于電容間的均壓。

可見以上兩種多電平拓?fù)鋺?yīng)用中都存在器件繁多、控制復(fù)雜以及電平數(shù)目被限制在較小的范圍等問題。而帶隔離直流電源的級(jí)聯(lián)型逆變器（如圖1所示）則有效的解決了這些問題，而且容易實(shí)現(xiàn)模板化，給實(shí)際調(diào)試，維護(hù)帶來極大的方便。

圖1 級(jí)聯(lián)型多電平逆變器

1.級(jí)聯(lián)型逆變器的調(diào)制方案及諧波分析

級(jí)聯(lián)逆變器采用載波相移的正弦脈寬調(diào)制技術(shù)（CPS-SPWM）[2]，所謂CPS-SPWM即級(jí)聯(lián)的各個(gè)橋都采用相同的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）方式，只是每個(gè)橋的載波之間依次相移=Tc/N，Tc為載波周期，N為級(jí)聯(lián)的橋的數(shù)目。

圖2 單相橋模型

圖3 級(jí)聯(lián)逆變橋仿真輸出波形

圖4 輸出波形的頻譜分析

實(shí)際應(yīng)用中每個(gè)橋都是用倍頻SPWM調(diào)制方式，也就是用兩個(gè)頻率、幅值相同，相位相反的正弦波和載波三角波交截產(chǎn)生兩個(gè)控制信號(hào)，分別加在橋的兩個(gè)上管（如圖2所示）Q1，Q3，下管和上管互補(bǔ)導(dǎo)通，使得單個(gè)的橋臂輸出單極性SPWM波形，且脈動(dòng)頻率為載波頻率的兩倍，所以每個(gè)橋的等效載波頻率為2fc，那么橋的載波之間依次相移角度為=Tc/2N。

下面對(duì)采用CPS-SPWM調(diào)制方式的級(jí)聯(lián)型逆變橋上輸出波形進(jìn)行諧波分析，首先對(duì)單個(gè)逆變橋輸出波形分析，表達(dá)式（1）和（2）分別表示橋臂中點(diǎn)對(duì)直流電源中點(diǎn)的電壓傅立葉分析：

（1）

（2）

式中E'=E/2，m'為相對(duì)載波的諧波次數(shù)，k'f為頻率調(diào)制比。所以單相全橋輸出波形的諧波表達(dá)式如下：

（3）

由上式可知，m'只能為偶數(shù)，n只能為奇數(shù)：

（4）

現(xiàn)在有N個(gè)橋級(jí)聯(lián)，各個(gè)橋的控制信號(hào)相移=Tc/2N，輸出波形分析如下：

（） （5）

所以級(jí)聯(lián)后的輸出為：

（6）

從上式可知由N個(gè)具有獨(dú)立直流源倍頻SPWM單相全橋級(jí)聯(lián)時(shí)，輸出電壓中將得到2N+1個(gè)電平，輸出電壓中Nkf±1次以下的諧波都被消除。而一般的階梯波疊加只能消除2N+1次以下的諧波，單獨(dú)的倍頻SPWM可以消除kf±1次以下諧波，由此可見CPS-SPWM的調(diào)制方式要比直接的階梯波疊加和單獨(dú)的SPWM具有更好的消除諧波的特性，特別是當(dāng)N，kf較大時(shí)，只要加很小的濾波器，輸出波形就可以達(dá)到完美無諧波的程度。

2.仿真分析

運(yùn)用MATLAB中simulink軟件包對(duì)CPS-SPWM調(diào)制方式的級(jí)聯(lián)型逆變橋進(jìn)行仿真，級(jí)聯(lián)四個(gè)單相全橋，且每個(gè)橋輸入的直流電壓為30V，參考正弦波的頻率為400Hz，載波頻率為6kHz，頻率調(diào)制比為15，幅度調(diào)制比為0.84。輸出電壓波形及其頻譜分析如圖3，圖4所示。

圖5 四個(gè)橋的輸出電壓波形及頻譜分析

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上原理分析和仿真，制作了一臺(tái)9電平CPS-SPWM調(diào)制的單相級(jí)聯(lián)逆變器，輸入直流電壓，正弦波載波頻率同仿真中參數(shù)。每個(gè)通道輸出電壓波形、級(jí)聯(lián)后的9電平電壓和通過低通濾波器后的波形以及頻譜分析如圖5-7所示。

實(shí)驗(yàn)中看出每個(gè)橋輸出SPWM波形及頻譜分布完全一致，實(shí)際相互間差一個(gè)相移角α，通過級(jí)聯(lián)輸出后電壓波形已經(jīng)很接近正弦波，且本來單個(gè)橋輸出波形的29次，59次左右的諧波都被消除，而實(shí)際還存在諧波都集中在110次以上，因此輸出濾波變得很容易，只要一個(gè)很小的濾波參數(shù)就可以獲得滿意濾波效果，此處的濾波參數(shù)：濾波電感，電容。這和前面的理論分析以及仿真結(jié)果基本一致，證明了本方案的可行性和優(yōu)越性。

圖6 逆變橋輸出電壓及其頻譜分析

圖7 輸出電壓通過濾波器后的波形和頻譜分析

4.結(jié)論

（1）實(shí)現(xiàn)同樣的電平數(shù)，級(jí)聯(lián)型逆變拓?fù)浜推渌鼉煞N多點(diǎn)平拓?fù)湎啾人枰钠骷钚?，而且控制相?duì)簡(jiǎn)單。

（2）CPS-SPWM控制的級(jí)聯(lián)逆變器在較低開關(guān)頻率下能夠獲得良好的諧波特性，也就是通過級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)了開關(guān)頻率的倍頻效果。

（3）由于級(jí)聯(lián)的特性級(jí)聯(lián)型逆變器可以方便的實(shí)現(xiàn)高壓大功率輸出，解決了開關(guān)管串聯(lián)均壓的問題。而且由于逆變橋器件的參數(shù)、控制方案的一致性，可以實(shí)現(xiàn)逆變器的模板化結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

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正弦波逆變電源范文第5篇

關(guān)鍵詞：全橋逆變;IR2110;EG8010; 工頻;純正弦

中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1 引言

本文介紹了一種純正弦波逆變器的設(shè)計(jì)，主要包括兩部分電路，一是逆變控制電路，另一個(gè)是檢測(cè)保護(hù)電路。逆變控制電路主要包括：正弦波產(chǎn)生電路,驅(qū)動(dòng)電路,逆變電路等；檢測(cè)保護(hù)電路主要包括：電壓、電流檢測(cè)電路，過電流保護(hù)電路，故障報(bào)警電路、溫度檢測(cè)電路等。在主電路中，正弦波產(chǎn)生電路主要采用芯片EG8010；驅(qū)動(dòng)電路采用芯片IR2110；逆變電路主要采用全橋逆變。最后對(duì)該逆變電源進(jìn)行了測(cè)試，驗(yàn)證了其有效性與可行性。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)并制作光伏并網(wǎng)單相正弦波逆變器，輸入DC12V，輸出AC220V、50HZ。功率大于100W，效率不小于85％，具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能，顯示輸出電壓、電流、溫度等參數(shù)。

2.2總體設(shè)計(jì)方案

2.2.1設(shè)計(jì)思路

根據(jù)題目設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用全橋逆變，逆變部分采用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110進(jìn)行全橋逆變，采用EG8010輸出標(biāo)準(zhǔn)的50Hz正弦波，作為IR2110的控制信號(hào)，后級(jí)輸出采用工頻變壓器進(jìn)行升壓[1]。

2.2.2 系統(tǒng)組成框圖

2.2.3 框圖介紹

本設(shè)計(jì)利用逆變芯片EG8010產(chǎn)生相位差為90°的雙路正弦波控制信號(hào)，由于EG8010不能直接驅(qū)動(dòng)MOS管，所以在EG8010后面接2片IR2110驅(qū)動(dòng)MOS管，從而控制IRF640組成的逆變橋工作，將直流12V電轉(zhuǎn)換成交流12V電，再經(jīng)過工頻變壓器升壓后產(chǎn)生220V、50Hz的交流電，經(jīng)過濾波整形電路的濾波整形，形成正弦波220V、50Hz交流電，作為該逆變器的輸出。輸出信號(hào)經(jīng)電壓、電流、溫度檢測(cè)電路取樣檢測(cè)，將檢測(cè)信號(hào)反饋給EG8010，驅(qū)動(dòng)故障報(bào)警電路，對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行保護(hù)[2]。最后EG8010將檢測(cè)的電壓值等信息顯示在液晶顯示上。

3. 電路設(shè)計(jì)

3.1 控制芯片選擇

本設(shè)計(jì)采用EG8010作為控制芯片。EG8010 是一款功能很完善的、數(shù)字化的自帶死區(qū)控制的正弦波逆變器專用芯片，應(yīng)用于DC-DC-AC 兩級(jí)功率變換架構(gòu)或DC-AC 單級(jí)工頻變壓器升壓變換架構(gòu)，外接12MHz 晶振，能實(shí)現(xiàn)高精度、失真和諧波都很小的純正弦波50Hz 或60Hz 逆變器專用芯片。

4. 逆變橋驅(qū)動(dòng)電路

4.1 驅(qū)動(dòng)芯片選擇

本設(shè)計(jì)采用集成芯片IR2110作為驅(qū)動(dòng)芯片；優(yōu)點(diǎn)是IR2110芯片的體積小、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、控制方便、電能利用效率高等，尤其是采用R2110芯片能夠極大的減少驅(qū)動(dòng)電源的個(gè)數(shù)（僅需1個(gè)），充分簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。

IR2110內(nèi)部功能由三部分組成：邏輯輸入；電平平移和輸出保護(hù)。如上所述IR2110的特點(diǎn)，可以為電源的設(shè)計(jì)帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源設(shè)計(jì)，可以極大的減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目，即只用一組電源即可實(shí)現(xiàn)對(duì)上下端的控制。

5. 逆變橋選擇

本設(shè)計(jì)采用了單相全橋式逆變橋。如下圖所示，采用四個(gè)MOS管組成全橋式主電路，四路控制信號(hào)分別接G1和G2端、G3和G4端。該電路輸出電流較大，且電路的功耗較小[8]。

MOS管選用TO-220封裝的IRF640，其特點(diǎn)是：漏極電流最大值:18A；電壓最大:200V；功耗:150W；閾值電壓:4V[8]。

6. 變壓電路的設(shè)計(jì)

6.1概述

經(jīng)過逆變后出來的是低壓交流，需要將其進(jìn)行變壓，使其輸出為交流220V/50HZ[7]。

6.2器件的選擇

（1）變壓器的選擇

在全橋逆變電路中，輸出交流電壓的幅值Um與Ud的關(guān)系為

Um=Ud(5-1)

把幅值為Ud的矩形波展開傅里葉級(jí)數(shù)得：

(5-2)

其基波的幅值和基波有效值

(5-3)

(5-4）

變壓器的匝數(shù)比為：

(5-5)

即，應(yīng)選擇的初級(jí)匝數(shù)為12，次級(jí)匝數(shù)為110。

因此，應(yīng)選擇12V/220V的交流變壓器，該變壓器實(shí)現(xiàn)電壓由12V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?20V交流電壓。此交流電壓經(jīng)過整流濾波電路轉(zhuǎn)變成220V高壓直流電壓。變壓器T的工作頻率為50Hz左右。其初級(jí)線圈匝數(shù)為12，次級(jí)線圈匝數(shù)為110[5]。

7. 整流濾波電路的設(shè)計(jì)

整流電路采用半波整流；濾波電路采用了LC濾波電路。

考慮到LC電路諧振時(shí)濾波效果好，根據(jù)公式:

（6-1）

其中，f=50HZ,為了較好地穩(wěn)定電流，選擇L=2mH，計(jì)算出電容值C=200uF，考慮到電容型號(hào)，在此選擇C=220uF的電解電容[6]。

8.保護(hù)電路

8.1電壓保護(hù)電路

為防止過高或過低的輸出電壓供應(yīng)到負(fù)載，EG8010內(nèi)部設(shè)定了過壓欠壓保護(hù)功能，過壓保護(hù)設(shè)定值3.15V，延時(shí)時(shí)間為300ms，欠壓保護(hù)設(shè)定值2.75V，延時(shí)時(shí)間為3S，當(dāng)發(fā)生過壓或欠壓保護(hù)時(shí)，EG8010根據(jù)管腳（9）PWMTYP的設(shè)置狀態(tài)將輸出SPWMOUT1-SPWMOUT4到“0”或“1”電平，關(guān)閉所有功率MOSFET，使輸出電壓到低電平，一旦進(jìn)入過壓或欠壓保護(hù)后，EG8010將在8S后釋放重新打開功率MOSFET管再判斷輸出電壓情況[5]。

8.2過流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

過流保護(hù)電路如圖所示，其中100k的電阻用來限流，通過電壓比較器LM311對(duì)電流互感器采樣轉(zhuǎn)化來的電壓進(jìn)行比較，LM311的3腳接一個(gè)10k電位器來比較基準(zhǔn)電壓，LM311的7腳輸出后接一個(gè)100Ω的電阻限流它并與后面的220µF的電容形成保護(hù)時(shí)間控制。輸出信號(hào)反饋到EG8010的IFB管腳，該管腳內(nèi)部的基準(zhǔn)峰值電壓 為0.5V，過流檢測(cè)延時(shí)時(shí)間為600ms，當(dāng)某種原因?qū)е仑?fù)載電流超出逆變器的負(fù)載電流，EG8010根據(jù)引腳（9）PWMTYP的設(shè)置狀態(tài)將輸出SPWMOUT1-SPWMOUT4到“0”或“1”電平，關(guān)閉所有功率MOSFET，使輸出電壓到低電平，主要保護(hù)功率MOSFET和負(fù)載，進(jìn)入過流保護(hù)后，EG8010將在16S后重新釋放打開功率MOSFET管再判斷負(fù)載過流情況，釋放打開功率MOS管的持續(xù)時(shí)間是100ms，釋放的100ms時(shí)間里再判斷過流時(shí)間[5]。

8.3溫度保護(hù)電路

通過NTC熱敏電阻和測(cè)量電阻組成一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓電路，分壓值隨著溫度值變化而變化，這個(gè)電壓的大小將反映出NTC電阻的大小從而反映相應(yīng)的溫度值。NTC選用25攝氏度對(duì)應(yīng)值10K的熱敏電阻，TFB引腳的過溫電壓設(shè)定在4.3V，當(dāng)發(fā)生過溫保護(hù)時(shí)，EG8010根據(jù)引腳（9）PWMTYP的設(shè)置狀態(tài)將輸出SPWMOUT1~SPWMOUT4到“0”或“1”電平，關(guān)閉所有功率MOSFET，使輸出電壓為低電平，一旦進(jìn)入過溫保護(hù)后，EG8010將重新判斷工作溫度，如果TFB引腳的電壓低于4.0V，EG8010將退出過溫保護(hù)，逆變器正常工作[4]。

9. 故障報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

在該電路中，當(dāng)整個(gè)電路發(fā)生任何故障時(shí)，都會(huì)使EG8010的引腳7為高電平，從而使該電路中的三極管導(dǎo)通，其集電極為低電平，使喇叭開始鳴叫，同時(shí)二極管發(fā)光，從而起到了對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警的作用[7]。

10. 液晶顯示模塊

本設(shè)計(jì)采用普通的128*32液晶，成本低，能很好的顯示電壓、電流、溫度、頻率四項(xiàng)參數(shù)。

11.系統(tǒng)測(cè)試

將示波器接到輸出端，可以觀察到標(biāo)準(zhǔn)的50Hz的正弦波波形，無明顯失真。效率測(cè)試實(shí)際測(cè)得如下數(shù)據(jù)：

表11.2效率測(cè)試結(jié)果

電壓（V） 電流(A) 功率(W)

輸入 12.00 6.86 82.32

輸出 218.50 0.35 76.56

可計(jì)算得。

輸出電壓測(cè)試結(jié)果：接入1K可調(diào)負(fù)載，輸出電壓可在222V到217V之間變化。

12 測(cè)試結(jié)果分析

經(jīng)過測(cè)試后，題目的基本要求都已完成，各項(xiàng)指標(biāo)完成較好。在輸出功率為76.56W的情況下，效率達(dá)到了93%。同時(shí)該電源還具有短路保護(hù)，電壓保護(hù)，過流保護(hù)等功能。

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