逆变电路毕业

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逆变电路的研究与设计

摘要：我们处在一个“移动〞的时代，移动办公，移动通讯，移动休闲和消遣。在移动的状

态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的220伏交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。

简单地说，逆变器就是一种将低压（12或24伏）直流电转变为220伏交流电的电子设备。由于我们寻常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。

本设计旨在对逆变电路的基本原理进行研究分析，在此基础上设计出可供实用的逆变电源或逆变器。

湖北师范学院2023届信息工程系毕业论文

加损耗，对收音机和某些通讯设备有干扰。此外，这类逆变器还有调压范围不够宽，保护功能不够完善，噪声比较大等缺点。（2）阶梯波逆变器

此类逆变器输出的交流电压波形为阶梯波，逆变器实现阶梯波输出也有多种不同线路，输出波形的阶梯数目区别很大。阶梯波逆变器的优点是，输出波形比方波有明显改善，高次谐波含量减少，当阶梯达到17个以上时输出波形可实现准正弦波。当采用无变压器输出时，整机效率很高。缺点是，阶梯波叠加线路使用的功率开关管较多，其中有些线路形式还要求有多组直流电源输入。这给太阳电池方阵的分组与接线和蓄电池的均衡充电均带来麻烦。此外，阶梯波电压对收音机和某些通讯设备仍有一些高频干扰。

（3）正弦波逆变器

正弦波逆变器输出的交流电压波形为正弦波。正弦波逆变器的优点是，输出波形好，失真度很低，对收音机及通讯设备干扰小，噪声低。此外，保护功能齐全，整机效率高。缺点是：线路相对繁杂，对维修技术要求高，价格较贵。

上述三种类型逆变器的分类，有利于光伏系统和风力发电系统设计人员和用户对逆变器进行识别和选型。实际上，波形一致的逆变器在线路原理，使用器件及控制方法等等方面仍有很大区别。

?2、逆变电路原理

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、控制规律、脉宽调制和滤波电路组成。

?2.1、逆变桥

推挽全波式结构图如下：

单向半桥逆变电路结构图如下：

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全桥逆变电路结构如下：

从输入侧逆变级看，推挽式电路适用于低压输入变换场合；半桥和全桥电路适用于高压输入场合。从输出侧周波变换级看，全波式电路功率开关电压应力高，功率开关数少，变压器绕组利用率低，适用于低压输出变换场合；全桥式电路功率开关电压应力低，功率开关数多，变压器绕组的利用率高，适用于高压输出场合。

?2.2、控制规律

一种反馈调压电路：

1SG35242如图，当逆变器正常工作时，逆变器的输出信号接反馈变压器，其二次电压经整流，滤波，分压得到反馈电压uo，显然，uo的大小正比于逆变器的输出电压。调理W1可调理负反馈电压的大小，从而调理逆变器输出电压的幅值。uo控制信号被送到SG3524?1芯片的误差放大器的反相端脚1。误差放大器的同相端脚2接参考电平。这样，SG3524的输出脉冲的占空比就受到反馈信号的控制。调理过程是这样的，当逆变器输出因突加负载而降低时，它会使加在SG35241的脚1的输入反馈电压下降，这会导致SG35241输出脉冲占空比增加，从而使得Boost电路输出电压升高，逆变桥的直流电压升高，逆变器输出交流电压升高。反之亦然。可见，正是通过SG35241的脉宽调制组件的控制作用，实现了整个逆变器的输出自动稳压调理功能。

?2.3、脉宽调制

单相全桥式电压型SPWM逆变器电路拓扑结构图如下图。图中S1~S4的通断由正弦脉宽调制产生的信号来控制。

SPWM正弦脉宽调制可分为双极性调制方式、单极性调制方式和单极性倍频调制方式。

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?2.3.1、单极性调制方式

单极性调制方式的特点是在一个开关周期内两只功率管以较高的开关频率互补开关，保证可以得到理想的正弦输出电压：另两只功率管以较低的输出电压基波频率工作，从而在很大程度上减小了开关损耗。但又不是固定其中一个桥臂始终为低频(输出基频)，另一个桥臂始终为高频[载波频率)，而是每半个输出电压周期切换工作，即同一个桥臂在前半个周期工作在低频，而在后半周则工作在高频，这样可以使两个桥臂的功率管工作状态均衡，对于选用同样的功率管时，使其使用寿命均衡，对增加可靠性有利。?2.3.2、双极性调制方式

双极性调制方式的特点是4个功率管都工作在较高频率(载波频率)，虽然能得正弦输出电压波形，但其代价是产生了较大的开关损耗。?2.3.3、单极性倍频调制方式

单极性倍频调制方式的特点足输出SPWM波的脉动频率是单极性的两倍，4个功率管都工作在较高频率(载波频率)，因此，开关管损耗与双极性一致。?2.4、滤波电路

滤波的方法一般采用无源元件电容或电感,利用其对电压,电流的储能特性达到滤波的目的.由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L,当电源供给的电流增加（由电源电压增加引起）时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。

滤波电路形式好多，为了把握它的分析规律，把它分为电容输入式（电容器C接在最前面）和电感输入式（电感器L接在最前面）。前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中（而且当电流很大时，仅用一电感器与负载串联）。

?3、方案设计与选择

方案一：

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这是一款十分简单制作的逆变器，可以将12V电源电压变为220V市电，电路由BG2和BG3组成的多谐振荡器推动，再通过BG1和BG2驱动，来控制BG6和BG7工作。其中振荡电路由BG5与DW组的稳压电源供电，这样可以使输出频率比较稳定。在制作时，变压器可选有常用双12V输出的市电变压器。可根据需要，选择12V蓄电池的容量。方案二：

以数字信号处理器(DSP)为核心的逆变器控制框图如上图所示。在数字信号处理器(DSP)中产生SPWM控制信号，逆变器输出高频脉宽调制型交流电。该交流电经工频变压器和输出滤波器处理后，得到稳定、纯洁的正弦波电源。方案分析与选择：

方案一是一种性能优良的家用逆变电源电路图，材料易取，输出功率150W。电路设计频率为300Hz左右，目的是缩小逆变变压器的体积、重量。输出波形方波。这款逆变电源可以用在停电时家庭照明，电子镇流器的日光灯，开关电源的家用电器等其他方面。

方案二采用数字控制技术，利用DSP取代纯模拟控制中的一些实现环节，如基准正

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弦发生器、输出过载保护、输出过压/欠压保护等，对于减小控制电路繁杂程度、提高系统控制特性是有好处的。

综合考虑系统性价比以及数字控制方式存在的问题，部分数字化（CPU）产生基准正弦，同时，宽频带的电压调理器仍由模拟电路实现不失为中小功率逆变器控制电路的优选方案，所以本设计采用方案二。

?4、基于DSP的逆变器设计

电流反馈信号限幅、整形和单稳态电路频率跟踪电路他激信号发生器他激自激转换电路如图，逆变电路原理框图驱动电路主电路?4.1、设计要求

主要内容：利用倍频单极性SPWM调制法究逆变器的调制方式，分析系统的稳定性和外特性，给出系统的硬件结构框图，设计系统各个部分的硬件电路，完成数字控制SPWM逆变器的原理试验和仿真。

基本要求：输入电压：40～60VDC；输出额定容量：1kVA；输出电压：220V±3%；输出电压频率：50Hz载波频率：25kHz；THD：≤3%。?4.2、逆变器控制方式选择

传统逆变器的控制电路都是采用模拟电路和小规模数字集成电路实现的。随着信息技术的发展，数字控制技术在逆变电源控制领域已得到越来越广泛的应用。综合考虑系统性价比以及数字控制方式存在的问题，目前，部分数字化（CPU）产生基准正弦，宽频带的电压调理器仍由模拟电路实现不失为中小功率逆变器控制电路的优选方案。本设计分别对两种模拟/数字混合控制方案进行了比较研究，分析了它们的设计与实现，给出了相关试验结果。

本设计研究的混