基于单片机的小功率逆变器的设计与实现
作者：朱立为蒋品群廖志贤
来源：《现代电子技术》2012年第04期
摘要：为了提高逆变器的整体性能，以STC12C5A60S单片机为核心，设计并实现了一个小功率逆变器。通过单片机直接产生脉宽调制波，控制功率开关器件组成的桥电路实现逆变。根据单片机对外部电位器上电压的采样值对输出电压的幅值进行控制，使得输出电压幅度可调。采用数/模电路结合设计，使得逆变器的体积大大减小。硬件上的功能模块化设计，使整个系统的检测性和操控性大大加强。该逆变器电路简单，工作稳定可靠，且易于升级，具有较大的推广应用价值。
关键词：逆变器；单片机；脉宽调制；功率开关器
中图分类号：； TM464文献标识码：A文章编号：
(College of Electronic Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China)
Abstract：
ed and implemented. The SCM directly produces sinusoidal pulse width modulation (SPWM) wave to control the bridge circuit composed of power switching device to realize inverse transform. It can regulate the amplitude of the output voltage according to the voltage sampling value of the external potentiometer. A digilogue circuit was adopted in the design to make the size of the inverter reduced greatly. The modular design of hardware makes the whole system easy to test and manipulate. The inverter is simple, reliable and easy to upgrade. It has a popularization and application value.
Keywords： inverter; SCM; SPWM; power switch
收稿日期：
基金项目：广西高校重点建设实验室项目（200912）；广西研究生教育创新计划资助项目（2011106020809M50）0引言
逆变器是将直流电能变换成交流电能的电气装置，通常用大功率高反压电力电子器件来实现［1］。太阳能发电中，光电池阵列所发出的电为直流电。但是，大多数用电设备的供电为交流电，所以电力系统中常需要将直流电变换成交流电的逆变器。此外，逆变器在工业控制、
通信、交通等领域的应用也非常广泛。正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM），是指以正弦波做调制波（Modulating Wave），以F倍于正弦调制波频率的三角波做载波（Carrier Wave），进行波形比较后产生一组幅值相等、宽度正比于正弦调制波的矩形脉冲序列，来等效正弦调制波［2］。本文以STC12C5A60S单片机为核心，利用其内部两路可编程计数阵列（PCA）模块来模拟脉宽调制法［3］，设计并实现了一个输出电压幅值可调的小型逆变器。
1系统硬件设计
本文使用Altium Designer 6.9完成硬件电路原理图和PCB图的设计。图1是该设计的总体电路结构图。
图1电路结构图该设计实现的功能是将6 V的直流电通过三级功率变换
（）得到频率为50 Hz，幅度为110 V的工频交流电以供交流负载使用。现将硬件电路各部分的具体设计和功能作如下描述。
1.1电源模块
使用直流到直流变换芯片MC34063与LM7805和LM7812组合得到12 V和5 V的直流电，为硬件电路的各模块提供所需电源。
1.2前级升压模块
通过SG3525芯片与其外围电路产生两路互补的高频PWM（Pulse Width Modulation）脉冲波，用这两路高频脉冲波分别控制由两个MOS（IRF3205）管组成的单边桥高频逆变器，并与高频变压一起实现前级升压。通过前级升压，把6 V的直流电升到300 V左右的高频交流电，为后面的工频逆变做准备。
1.3整流器与滤波模块
4个二极管组成整流桥电路对前级升压模块输出的高频交流电进整流，并且经过LC滤波器进行滤波作为工频逆变桥电路的输入。
1.4工频逆变器MOS桥电路驱动模块
该设计中驱动工频逆变器桥的4个MOS管使用IR2110芯片来完成。单片机产生的两路SPWM控制信号经过死区时间［4］后作为2片IR2110的逻辑输入。用2片IR2110芯片组成的驱动电路输出4路两两互补的信号，从而控制全桥逆变电路的上、下桥臂的通断［］，实现逆变功能。
1.5SPWM产生模块
逆变器主要技术指标有:额定容量;输出功率因数;额定输入电压、电流 电压调整率;负载调整率;谐波因数;总谐波畸变率;畸变因数;峰值子数等 通过对逆变器产品的考察,现对250kW、500kW逆变器产品及1000kW逆变器做技术参数比较: 本工程装机容量，10MWp，若选用单台容量大的逆变器，逆变器发生故障时，发电系统损失发电量较大；选用单台容量小的逆变设备，则设备数量较多，会增加投资后期的维护工作量；在投资相同的条件下，应尽量选用容量大的逆变设备，可在一定程度上降低投资，并提高系统可靠性，因此，从工程运行及维护考虑,本工程拟采用高效率、大功率逆变器，选用容量为 500kW，逆变器参数暂按如下参数进行设计
集中型逆变器 主要特点是单机功率大、最大功率跟踪（MPPT）数量少、每瓦成本低。目前国内的主流机型以 500kW、630kW 为主，欧洲及北美等地区主流机型单机功率 800kW 甚至更高，功率等级和集成度还在不断提高，德国 SMA 公司今年推出了单机功率 2.5MW 的逆变器。按照逆变器主电路结构，集中型逆变器又可以分为以下 2 种类型 集中型逆变器是目前大部分中大型光伏电站的首选，在全球 5MW 以上的光伏电站中，其选用比例超过 98% 通过对比集中型和组串型主流机型方案在 100MW 电站的运维数据（见表 5），发电量损失二者相当；由于组串型设备是整机维护，而集中型设备是器件维护，设备维护成本上，集中型优势非常明显。同时，在占地几千亩的百 MW 级大规模电站中，对完全分散布置的组串逆变器进行更换，维护人员花在路途上的时间将远高于进行设备更换的时间，这也是组串型的大型电站应用不利因素之一
逆变器电路DIY(图文详解) 电子发烧友网：本文的主要介绍了逆变器电路DIY制作过程，并介绍了逆变器工作原理、逆变器电路图及逆变器的性能测试。本文制作的的逆变器(见图1)主要由MOS 场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MOS 场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。 1.逆变器电路图 2.逆变器工作原理 这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。 2.1.方波信号发生器(见图2)
图2 方波信号发生器 这里采用六反相器CD4069构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC.图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率 fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz.由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。 #p#场效应管驱动电路#e# 2.2场效应管驱动电路 图3 场效应管驱动电路 由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V.如图3所示。 4. 逆变器的性能测试 测试电路见图4.这里测试用的输入电源采用内阻低、放电电流大(一般大于100A)的12V汽车电瓶，可为电路提供充足的输入功率。测试用负载为普通的电灯泡。测试的方法是通过改变负载大小，并测量此时的输入电流、电压以及输出电压。输出电压随负荷的增大而下降，灯泡的消耗功率随电压变化而改变。我们也可以通过计算找出输出电压和功率的关系。但实际上由于电灯泡的电阻会随受加在两端电压变化而改变，并且输出电压、电流也不是正弦波，所以这种的计算只能看作是估算。
3000W 修 正 波DC-AC 逆 变 器 ■ 特性： ● 修正波输出（THD ＜3%） ● 瞬间功率高达6000W ● 效率高达85% ● 保护各类：电池高低压保护/输出短路保护/过负载保护/ 过温度保护/输入反接保护/电池低压警报 ● 应用：家电，电动工具，办公和便携式设备，车辆和游艇等。 ● 1年保修 电气规格 型号 BEM3000L 输出 额定功率(Typ.) 3000W 3000W 3000W 交流电压 220V 220V 220V 频率 50HZ±0.5HZ 50HZ±0.5HZ 50HZ±0.5HZ 波形 额定电压下, 修正波(THD<3%) 额定电压下, 修正波(THD<3%) 额定电压下, 修正波(THD<3%) 输入 电池电压 12V 24V 48V 电压范围(Typ.) 10V-15V 20V-30V 40V-60V 直流电流(Typ.) 277A 138A 69A 空载损耗 ≤0.3A ≤0.2A ≤0.15A 关机模式电流 ≤20mA ≤20mA ≤20mA 效率(Typ.) ≥90% ≥90% ≥90% 电池类型 铅酸电池 铅酸电池 铅酸电池 电池 输入 保护 保险片 35A*12 35A*6 35A*6 电池低压警报 10.5V±0.5V 20V±1V 42V±2V 电池低压保护 9.5V±0.5V 19V±1V 40V±2V 电池高压保护 15.5V±0.5V 30V±1V 60V±2V 电池反接保护 通过内部保险片 通过内部保险片 通过内部保险片 输出 保护 过温度 75℃±5℃ 75℃±5℃ 75℃±5℃ 亮红色指示灯,有报警声,无输出 亮红色指示灯，有报警声,无输出 亮红色指示灯，有报警声,无输出 输出短路 红绿灯交替闪, 取消短路后自动恢复正常 红绿灯交替闪, 取消短路后自动恢复正常 红绿灯交替闪, 取消短路后自动恢复正常 过负载(Typ.) ≥3000W ≥3000W ≥3000W 亮红色指示灯,自锁, 降低负载重启恢复正常输出 亮红色指示灯,自锁, 降低负载重启恢复正常输出 亮红色指示灯,自锁, 降低负载重启恢复正常输出 USB 输出电压 5V 5V 无 输出电流 2A 500mA 无 环境 工作温度 0-40℃＠100％负载 工作湿度 20-90%RH ，无冷藏 储存温度、湿度 -30℃-+70℃,10-95%RH 其它 重量 净重：4.8 Kg 毛重：6 Kg 尺寸 454*180*142 mm(L*W*H) 包装 490*245*205 mm(L*W*H) 备注 如未特别说明，所有规格参数25℃环境温度下进行量测。
。 集中式逆变器和组串式逆变器选型的比较 国家电网对分布式光伏电站要求如下：单个并网点小于6MW，年自发自用电量大于50%；8KW 以下可接入220V；8KW-400KW可接入380V；400KW-6MW可接入10KV。根据逆变器的特点，光伏 电站逆变器选型方法：220V项目选用单相组串式逆变器，8KW-30KW选用三相组串式逆变器，50KW 以上的项目，可以根据实际情况选用组串式逆变器和集中式逆变器。对于MW级别的电站亦可选择380V或10KV方式并网。 逆变器方案对比： 集中式逆变器：设备功率在50KW到630KW之间，功率器件采用大电流IGBT，系统拓扑结 构采用DC-AC一级电力电子器件变换全桥逆变，工频隔离变压器的方式，防护等级一般为IP20。体积较大，室内立式安装。 组串式逆变器：功率小于30KW，功率开关管采用小电流的MOSFET，拓扑结构采用 DC-DC-BOOST升压和DC-AC全桥逆变两级电力电子器件变换，防护等级一般为IP65。体积较小，可室外臂挂式安装。 系统主要器件对比： 集中式逆变器：光伏组件，直流电缆，汇流箱，直流电缆，直流汇流配电，直流电缆，逆变器，隔离变压器，交流配电，电网。 组串式逆变器：组件，直流电缆，逆变器，交流配电，电网。 主要优缺点和适应场合： 1、集中式逆变器一般用于日照均匀的大型厂房，荒漠电站，地面电站等大型发电系统中，系统总功率大，一般是兆瓦级以上。 主要优势有： （1）逆变器数量少，便于管理； （2）逆变器元器件数量少，可靠性高； （3）谐波含量少，直流分量少电能质量高； （4）逆变器集成度高，功率密度大，成本低； （5）逆变器各种保护功能齐全，电站安全性高； （6）有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好。 主要缺点有： （1）直流汇流箱故障率较高，影响整个系统。 （2）集中式逆变器MPPT电压范围窄，一般为450-820V，组件配置不灵活。在阴雨天，雾气多 的部区，发电时间短。 （3）逆变器机房安装部署困难、需要专用的机房和设备。 （4）逆变器自身耗电以及机房通风散热耗电，系统维护相对复杂。 （5）集中式并网逆变系统中，组件方阵经过两次汇流到达逆变器，逆变器最大功率跟踪功能（MPPT）不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡，会影响整个系统的发电效率。 （6）集中式并网逆变系统中无冗余能力，如有发生故障停机，整个系统将停止发电。
1000W正弦波逆变器制作过程详解 1000W正弦波逆变器制作过程详解 作者:老寿 这个机器，输入电压是直流是12V,也可以是24V，12V时我的目标是800W，力争1000W，整体结构是学习了钟工的3000W机器.具体电路图请参考:1000W正弦波逆变器(直流12V转交流220V)电路图 也是下面一个大散热板，上面是一块和散热板一样大小的功率主板，长228MM，宽140MM。升压部分的4个功率管，H桥的4个功率管及4个TO220封装的快速二极管直接拧在散热板；DC-DC升压电路的驱动板和SPWM的驱动板直插在功率主板上。 因为电流较大，所以用了三对6平方的软线直接焊在功率板上： 吸取了以前的教训：以前因为PCB设计得不好，打了很多样，花了很多冤枉钱，常常是PCB打样回来了，装了一片就发现了问题，其它的板子就这样废弃了。所以这次画PCB 时，我充分考虑到板子的灵活性，尽可能一板多用，这样可以省下不少钱，哈哈。
如上图：在板子上预留了一个储能电感的位置，一般情况用准开环，不装储能电感，就直接搭通，如果要用闭环稳压，就可以在这个位置装一个EC35的电感。 上图红色的东西，是一个0.6W的取样变压器，如果用差分取样，这个位置可以装二个200K的降压电阻，取样变压器的左边，一个小变压器样子的是预留的电流互感器的位置，这次因为不用电流反馈，所以没有装互感器，PCB下面直接搭通。 上面是SPWM驱动板的接口，4个圆孔下面是装H桥的4 个大功率管，那个白色的东西是0.1R电流取样电阻。二个 直径40的铁硅铝磁绕的滤波电感，是用1.18的线每个绕90圈，电感量约1MH，磁环初始导磁率为90。 上图是DC-DC升压电路的驱动板，用的是KA3525。这次 共装了二板这样的板，一块频率是27K，用于普通变压器驱动，还有一块是16K，想试试非晶磁环做变压器效果。 H桥部分的大功率管，我有二种选择，一种是常用的IRFP460，还有一种是IGBT管40N60，显然这二种管子不是同一个档次的，40N60要贵得多，但我的感觉，40N60的确要可靠得多，贵是有贵的道理，但压降可能要稍大一点。 这是TO220封装的快恢复二极管，15A 1200V，也是张工
正弦波逆变器逆变主电路介绍 主电路及其仿真波形 图1主电路的仿真原理图 图1.1是输出电压的波形和输出电感电流的波形。上部分为输出电压波形，下面为电感电流波形。 图1.1输出电压和输出电感电流的波形 图1.2为通过三角载波与正弦基波比较输出的驱动信号，从上到下分别为S1、S3、S2、S4的驱动信号，从图中可以看出和理论分析的HPWM调制方式的开关管的工作波形向一致。
图1.2 开关管波形 从图1.3的放大的图形可以看出，四个开关管工作在正半周期，S1和S3工作在互补的调制状态，S4工作在常导通状态，S2截止；在负半周期，S2和S4工作在互补的调制状态，S3工作在常导通状态，S1截止。 图1.3放大的开关管波形 图1.4为主电路工作模态的仿真波形，图中从上到下分别为C3的电压波形、C1的电压波形、S3开关管的驱动波形，S1的驱动波形。从图中可以看出在S1关断的瞬间，辅助电容的电压开始上升，完成充电过程，同时S3上的辅助电容完成放电过程，S3开通。 图1.4工作模态仿真波形 图1.5为开关管的驱动电压波形和电感电流波形图，图中从上到下分别为电
感电流波形、S3驱动波形、S1驱动波形。从图中可以看出当S1关断瞬间到S3开通的瞬间，电感电流为一恒值，S3开通后，电感电流不断下降到S3关断时的最小值，然后到S1开通之前仍然为一恒值，直到S1开通，重复以上过程。根据以上结论可以看出仿真分析状态和前面的理论分析完全符合。 图1.5开关管的驱动电压波形和电感电流波形 2 滤波环节参数设计与仿真分析 2.1 输出滤波电感和电容的选取 对逆变电源而言，由于逆变电路输出电压波形谐波含量较高，为获得良好的正弦波形，必须设计良好的LC 滤波器来消除开关频率附近的高次谐波。 滤波电容C f 是滤除高次谐波，保证输出电压的THD 满足要求。C f 越大，则THD 小，但是C f 不断的增大，意味着无功电流也随之增加，从而增加了逆变电源的 电容容量，同时会导致逆变电源系统体积重量增加，同时电容太大，充放电时间也延长，对输出波形也会产生一定的影响。 逆变桥输出调制波形中的高次谐波主要降在滤波电感的两端，所以L 的大小关系到输出波形的质量。要保证输出的谐波含量较低，滤波电感的感值不能太小。增加滤波器电感量可以更好地抑制低次谐波，但是电感量的增加带来体积重量的加大。不仅如此，滤波电感的大小还影响逆变器的动态特性。滤波电感越大，电感电流变化越慢，动态时间越长，波形畸变越严重。而减小滤波电感，可以改善电路的动态性能，则使得输出电流的开关纹波加大，必然增大磁滞损耗，波形也会变差。综合以上的分析，在LC 滤波器的参数设计时应综合考虑。 本文设计的LC 滤波器如图 3.12中所示，电感的电抗2L X L fL ωπ==,L X 随频率的升高而增大。电容的电抗为 112C X C fC ωπ==，C X 随频率的升高而减小。1L C ωω=所对应
逆变器电路图 这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。本电路设计频率为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。 电容器 C1、C2用涤纶电容，三极管 BG1-BG5可以用9013：40V 0.1A 0.5W，BG6-BG7可以用场效应管IRF150：100V 40A 150W 0.055 欧姆。变压器B的绕制请参考逆变器的设计计算方法，业余条件下的调试；先不接功率管，测 A点、B点对地的电压，调整R1或R2使A、B两个点的电压要相同，这样才能输出的方波对称，静态电流也最少。安装时要注意下列事项：BG6、BG7的焊接，必须用接地良好的电烙铁或切断电源后再焊接。大电流要用直径2.5MM以上的粗导线连接，并且连线尽量短，电瓶电压12V、容量12AH以上。功率管要加适当的散热片，例如用100*100*3MM铝板散热。如果你要增加功率，增加同型号的功率管并联使用，相应地增加变压器的功率。 晶体管的选择：考虑到安全因素，要具有一定的安全系素。经验资料如下： 直流电源电压：晶体管集射极耐压BV CEO 6～8V≥20～30V 12～14V≥60～80V 24～28V≥80～100V 计算晶体管集电极电流：I CM（A）=输出功率P（W）÷ 输入电压V（V）× 效率。
式中输入电压即电源电压。效率与选择的电路有关，一般在百分之60～80之间。 铁芯截面积：S（平方厘米）=k×变压器额定功率的平方根，k的选择见下表 P(VA) 5-10 10-50 50-100 100-500 500-1000 k 2-1.75 1.75-1.5 1.5-1.35 1.35-1.25 1.25-1 变压器铁芯的选择：业余制作对变压器铁心要求并不严格。不过硅钢片最好选用薄而质地脆的，或者采用铁氧体磁心。漆包线用高强度的，绕线需用绕线机紧密平绕。 安插硅钢片时要严格平整。初级绕组两端电压与铁心截面积和工作频率等参数的 关系可以用公式表示如下：V=4.44×10-8SKFBN 式中 S --- 铁心截面积（平方厘米）； K --- 硅钢片间隙系数（0.9～0.95）； F --- 逆变器工作频率（赫兹）； B --- 饱和磁通密度（T）； N --- 线圈的匝数（圈）； V --- 初级绕组的电压（伏特）。 K的数值与硅钢片的厚度及片与片之间的间隙有关，铁心层迭越紧，K值越高 一般K取0.9即可。逆变器的工作频率，主要由所选择的铁心决定。采用硅钢片铁心，逆变器工作频率低于2KH Z。采用不同的铁氧体磁心，工作频率在2KH Z～40KH Z之 间。如果工作频率超出了磁心的固有频率，则高频损耗十分严重。饱和磁通密度
光伏逆变器600W正弦波逆变器制作详解 自从公布了1KW正弦波逆变器的制作过程后，有不少朋友来信息，提这样那样的问题，很多都是象我这样的初学者。为此，我又花了近一个月的时间，制作了这台600W的正弦波逆变器，该机有如下特点： 1.SPWM的驱动核心采用了单片机SPWM芯片，TDS2285，所以，SPWM驱动部分相对纯硬件来讲，比较简单，制作完成后要调试的东西很少，所以，比较容易成功。 2.所有的PCB全部采用了单面板，便于大家制作，因为，很多爱好者都会自已做单面的PCB，有的用感光法，有点用热转印法，等等，这样，就不用麻烦PCB厂家了，自已在家里就可以做出来，当然，主要的目的是省钱，现在的PCB厂家太牛了，有点若不起（我是万不得已才去找PCB 厂家的）。 3.该机所有的元件及材料都可以在淘宝网上买到，有了网购真的很方便，快递送到家，你要什么有什么。 如果PCB没有做错，如果元器件没有问题，如果你对逆变器有一定的基
础，我老寿包你制作成功，当然，里面有很多东西要自已动手做的，可以尽享自已动手的乐趣。 4.功率只有600W，一般说来，功率小点容易成功，既可以做实验也有一定的实用性。 下面是样机的照片和工作波形：
一、电路原理： 该逆变器分为四大部分，每一部分做一块PCB板。分别是“功率主板”；“SPWM驱动板”；“DC-DC驱动板”；“保护板”。 1.功率主板： 功率主板包括了DC-DC推挽升压和H桥逆变两大部分。 该机的BT电压为12V，满功率时，前级工作电流可以达到55A以上，DC-DC升压部分用了一对190N08，这种247封装的牛管，只要散热做到
德州职业技术学院 毕业设计（论文） （2012届毕业生） 题目小功率单相逆变电源的设计制作 指导教师张洪宝 系部电子与新能源工程技术系 专业应用电子技术 班级09级应用电子技术 学号 200902050124 姓名张艳霞 2011年 9月 19 日至 2011年 11月 18日共 9 周
该设计主要应用电力电子电路技术和开关电源电路技术有关知识。涉及模拟集成电路、电源集成电路、直流稳压电路、开关稳压电路等原理，充分运用芯片KA7500B的固定频率脉冲宽度调制电路及场效应管（N沟道增强型MOSFET）的开关速度快、无二次击穿、热稳定性好的优点而组合设计的电路。该逆变电源的主要组成部分为：DC/DC电路、输入过压保护电路、输出过压保护电路、过热保护电路、DC/AC变换电路、振荡电路、全桥电路。 在工作时的持续输出功率为150W，具有工作正常指示灯、输出过压保护、输入过压保护以及过热保护等功能。该电源的制造成本较为低廉，实用性强，可作为多种便携式电器通用的电源。 关键词：过热保护；过压保护；集成电路；振荡频率；脉宽调制
The main application of power electronic circuit design technology and switching power supply circuit technology knowledge. Involves analog integrated circuits, power supply integrated circuits, DC circuit, the switching regulator circuit theory, make full use of the chip KA7500B fixed frequency pulse width modulation circuit and FET (N-channel enhancement mode MOSFET) switching speed, no second breakdown, thermal stability, good benefits and the modular design of the circuit. The inverter main components: DC / DC circuit, input over-voltageprotection circuit, output over-voltage protection circuit, overheat protection circuit, DC / AC conversion circuit, oscillation circuit, full-bridge circuit. In the work of continuous output power of 150W, with a normal light work, output overvoltage protection, input over-voltage protection and thermal overload protection. The power of the relatively low manufacturing cost, practical, and a variety of portable electronic devices can be used as a common power supply. Keywords: thermal protection; over-voltage protection; integrated circuits; oscillation frequency; pulse width modulation
小功率户外型光伏并网逆变器的防水及 风道设计 O 引言户外型光伏并网逆变器的设计既要可靠防水又能将功率器件产生的热量排出箱体外。如果完全密封而没有合理的风道，解决了防水却无法满足热设计的要求；如果仅设计了简单的风道，解决了散热问题，却给箱体密封防水提出了难题；针对看似相矛盾的问题，本文提出了一种采用上下双层独立密封及转90度风道的特殊结构。经过长期的实践应用已完全取得成功。l 上、下双层腔体的独立密封针对不同器件防护等级要求的不同、 O 引言 户外型光伏并网逆变器的设计既要可靠防水又能将功率器件产生的热量排出箱体外。如果完全密封而没有合理的风道，解决了防水却无法满足热设计的要求；如果仅设计了简单的风道，解决了散热问题，却给箱体密封防水提出了难题；针对看似相矛盾的问题，本文提出了一种采用上下双层独立密封及转90度风道的特殊结构。经过长期的实践应用已完全取得成功。 l 上、下双层腔体的独立密封 针对不同器件防护等级要求的不同、弱电控制电路与强电主电路相互隔离与屏蔽的要求以及功率器件散热的要求，将产品的整体结构分成上下双层腔体，实现相互间的隔离、屏蔽及独立密封；两层之间的连线通过防水端子密封。上、下双层密封腔体的构成见图1。
1．1 上层控制电路的封闭腔体的构成 中间隔板上层安装功率主电路板10，配电板11，控制板12；箱体1上底部安装防水端子13；箱体l的上口周边安装自夹紧式密封圈14；上盖板15与箱体1固定；这样箱体1上半部形成一个上层的密封腔体，能完全防水、防尘，能达到IP65的防护等级。 1．2 下层封闭腔体的构成 中间隔板下层安装有散热器2，风道板3、4，电抗器5，变压器6；箱体1下底部装有风机7；箱体l两侧面装有百叶窗8；下盖板16与箱体1固定；这样整个箱体1中间隔板下层就形成一个相对封闭的腔体；中间隔板与箱体周边、散热器与中间隔板贴合面周边涂上防水密封胶，电抗器、变压器都由环氧灌封，有效进行防水。整个腔体能达到IP54的防护等级。 2 转90度风道的构成 转90度风道的构成见图2。
怎样去选择好逆变器功率器件 逆变器的主功率元件的选择至关重要，目前使用较多的功率元件有达林顿功率晶体管（GTR），功率场效应管（MOSFET），绝缘栅晶体管（IGBT）和可关断晶闸管（GTO）等。在小容量低压系统中使用较多的器件为MOSFET，因为MOSFET 具有较低的通态压降和较高的开关频率；在高压中容量系统中一般均采用IGBT模块，这是因为MOSFET随着电压的升高其通态电阻也随之增大，而IGBT 在中容量系统中占有较大的优势；而在特大容量（100KVA以上）系统中，一般均采用GTO作为功率元件。 ⑴ 功率器件的分类： ① GTR电力晶体管(Giant Transistor)： GTR功率晶体管即双极型晶体管(bipolar transistor),所谓双极型是指其电流由电子和空穴两种载流子形成的。一般采用达林顿复合结构。它的优点是：高电流密度和低饱和电压。它的缺点即MOSFET的优点(见下)。 ② MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Tyansistor) 功率场效应模块(金属氧化物场效应管)：其优点是： η开关速度快：功率MOSFET又称VDMOS，是一种多子导电器件，参加导电的是多数载流子，没有少子存储现象，所以无固有存储时间，其开关速度仅取决于极间寄生电容，故开关时间极短(小于50－100ns),因而具有更高的工作频率(可达100KHz以上)。 η驱动功率小：功率MOSFET是一种电压型控制器件，即通断均由栅极电压控制。完全开通一个功率MOSFET仅需要10－20毫微秒库仑的电荷，例如一个1安培、10毫微秒宽的方波脉冲，完全开通一个功率MOSFET仅需要10毫微秒的时间。另外还需注意的是在特定的下降时间内关断器件无需负栅脉冲。由于栅极与器件主体是电隔离的，因此功率增益高，所需要的驱动功率很小，驱动电路简单。η安全工作区域(SOA)宽：功率MOSFET无二次击穿现象，因此其SOA较同功率的GTR双极性晶体管大，且更稳定耐用，工作可靠性高。 η过载能力强：功率MOSFET开启电压(阀值电压)一般为2－6v，因此具有很高的噪声容限和抗干扰能力。 η并联容易：功率MOSFET的通态电阻具有正稳定系数(即通态电阻随结温升高而增加)，因而在多管并联时易于均流，对扩大整机容量有利。 η功率MOSFET具有较好的线性，且对温度不敏感。因此开环增益高，放大器级数相对可减少。 η器件参数一致性较好，批量生产离散率低。 功率MOSFET的缺点：导通电阻大，且随温度升高而增大。υ ⑵ 功率MOSFET的主要参数特性： ① 漏源击穿电压(V) V(BR)DSS ：是在UGS ＝0时漏极和源极所能承受的最大电压，它是结温的正温度系数函数。 ② 漏极额定电流ID ：ID 是流过漏极的最大的连续电流，它主要受器件工作温度的限制。一般生产厂家给出的漏极额定电流是器件外壳温度Tc＝25℃时的值，所以在选择器件时要考虑充分的裕度，防止在器件温度升高时漏极额定电流降低而损坏器件。
计算方法 A 已知条件： 输出功率：2P =25W ； 次级电流：2I =0.115A ；（220V ？） 初级电流：1I =1.0A ； 电源频率：f =50Hz ； 效率：η>0.9; 功率因数：cos ?>0.9； 温升：m τ?<55℃。 B 电压计算输入功率：212527.80.9P P η= ==W 初级电压：11127.827.81P U I = ==V 次级电压：22225217.390.115 P U I ===V 次级负载电阻：()222222518900.115P R I = ==?C 选择铁芯 按2P 选择铁芯。当使用R 型铁芯R-30，材料使用DQ151-35时。铁芯 相关性能为： 当0B =1.70T 时，S P ≤2.2W/kg ，磁化伏安≤8V A/kg ，~H ≤3.5A/cm 2 223.1410 3.142C d S cm π??==×=????；()()2 5.45 2.021.95 2.022.8C L =×+++=cm ；
C G =0.425（kg ）;c F =64cm 2 D 匝数计算 44 1010108.43864.44 4.4450 1.7 3.14 c TV fB S ===×××匝/V 当%U ?=15%（8%？），()()128.43869.92781%10.15TV TV U ===???匝/V （()()128.43869.1721%10.08TV TV U ===???）11127.88.4386235N U TV =×=×=匝 2222179.92782155N U TV =×=×=匝（2222179.1721990N U TV ==×= ）E 导线直径确定（数据提供23.5~4.0/j A A mm = ）1 1.130.604d === mm 2 1.130.205d ===mm 若取QZ-2（二级聚酯漆包线）标准导线，则10.630d mm =,1max 0.704d mm =，铜导体电阻54.84/km ?；20.224d mm =,2max 0.266d mm =，铜导体电阻433.8/km ?。
小功率光伏并网逆变器控制的设计 摘要：阐述了一种小功率光伏并网逆变器的控制系统。该光伏并网逆变器由DC/DC变换器与DC/AC变换器两部分组成，其中DC/DC 变换器采用芯片SG3525来控制，DC/AC变换器采用数字信号处理器TMS320F240来控制。由于DSP实时处理能力极强，采用合适的算法能确保逆变电源的输出功率因数非常接近1，输出电流为正弦波形。该控制方案已经在实验室得到验证。 1 引言 21世纪，人类将面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战。在有限资源和保护环境的双重制约下能源问题将更加突出，这主要体现在：①能源短缺；②环境污染；③温室效应。因此，人类在解决能源问题，实现可持续发展时，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能具有储量大、普遍存在、利用经济、清洁环保等优点，因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视，成为理想的替代能源。文中阐述的功率为200W太阳能光伏并网逆变器，将太阳能电池板产生的直流电直接转换为220V/50Hz的工频正弦交流电输出至电网。 2 系统工作原理及其控制方案 2.1 光伏并网逆变器电路原理
太阳能光伏并网逆变器的主电路原理图如图1所示。在本系统中，太阳能电池板输出的额定电压为62V的直流电，通过DC/DC 变换器被转换为400V直流电，接着经过DC/AC逆变后就得到220V/50Hz的交流电。系统保证并网逆变器输出的220V/50Hz正弦电流与电网的相电压同步。 图1 电路原理框图 2.2 系统控制方案 图2为光伏并网逆变器的主电路拓扑图，此系统由前级的DC/DC 变换器和后级的DC/AC逆变器组成。DC/DC变换器的逆变电路可选择的型式有半桥式、全桥式、推挽式。考虑到输入电压较低，如采用半桥式则开关管电流变大，而采用全桥式则控制复杂、开关管功耗增大，因此这里采用推挽式电路。DC/DC变换器由推挽逆变电路、高频变压器、整流电路和滤波电感构成，它将太阳能电池板输出的62V的直流电压转换成400V的直流电压。
600W正弦波逆变器制作详解 ---献给象我一样的逆变器初学者 自从公布了1KW正弦波逆变器的制作过程后，有不少朋友来信息，提这样那样的问题，很多都是象我这样的初学者。为此，我又花了近一个月的时间，制作了这台600W的正弦波逆变器，该机有如下特点： 1.SPWM的驱动核心采用了单片机SPWM芯片，TDS2285，所以，SPWM驱动部分相对纯硬件来讲，比较简单，制作完成后要调试的东西很少，所以，比较容易成功。 2.所有的PCB全部采用了单面板，便于大家制作，因为，很多爱好者都会自已做单面的PCB，有的用感光法，有点用热转印法，等等，这样，就不用麻烦PCB厂家了，自已在家里就可以做出来，当然，主要的目的是省钱，现在的PCB厂家太牛了，有点若不起（我是万不得已才去找PCB厂家的）。 3.该机所有的元件及材料都可以在淘宝网上买到，有了网购真的很方便，快递送到家，你要什么有什么。 如果PCB没有做错，如果元器件没有问题，如果你对逆变器有一定的基础，我老寿包你制作成功，当然，里面有很多东西要自已动手做的，可以尽享自已动手的乐趣。 4.功率只有600W，一般说来，功率小点容易成功，既可以做实验也有一定的实用性。 下面是样机的照片和工作波形：
一、电路原理： 该逆变器分为四大部分，每一部分做一块PCB 板。分别是“功率主板”；“SPWM 驱动板”；“DC -DC 驱动板”；
“保护板”。 1.功率主板： 功率主板包括了DC-DC推挽升压和H桥逆变两大部分。 该机的BT电压为12V，满功率时，前级工作电流可以达到55A以上，DC-DC升压部分用了一对190N08，这种247封装的牛管，只要散热做到位，一对就可以输出600W，也可以用IRFP2907Z，输出能力差不多，价格也差不多。主变压器用了EE55的磁芯，其实，就600W而言，用EE42也足够了，我是为了绕制方便，加上EE55是现存有的，就用了EE55。关于主变压器的绕制，下面再详细介绍。前级推挽部分的供电采用对称平衡方式，这样做有二个好处，一是可以保证大电流时的二个功率管工作状态的对称性，保证不会出现单边发热现象；二是可以减少PCB反面堆锡层的电流密度，当然，也可以大大减小因为电流不平衡引起的干扰。高压整流快速二极管，用的是TO220封装的RHRP8120，这种管子可靠性很好，我用的是二手管，才1元钱一个。高压滤波电容是470uf/450V的，在可能的情况下，尽可能用的容量大一些，对改善高压部分的负载特性和减少干扰都有好处。 H桥部分用的是4个IRFP460，耐压500V，最大电流20A，也可以用性能差不多的管子代替，用内阻小的管子可以提高整机的逆变效率。H桥部分的电路采用的常规电路。 下面是功率主板的PCB截图，长宽为200X150MM，因为，这部分的电路比较简单，所以，我没有画原理图，是直接画了PCB图的。该板布板时，曾得到钟工的提示帮助，特在此表示感谢。 2. SPWM驱动板 和我的1KW机器一样，SPWM的核心部分采用了张工的TDS2285单片机芯片。关于该芯片的详细介绍，可以看我以前的贴子：https://www.doczj.com/doc/8116868201.html,/topic/563779，这里不详说了。U3,U4组成时序和死区电路，末级输出用了4 个250光藕，H桥的二个上管用了自举式供电方式，这样做的目的是简化电路，可以不用隔离电源。 因为BT电压会在10-15V之间变化，为了可靠驱动H桥，光藕250的图腾输出级工作电压一定要在12-15之间，
分类号：TM464 单位代码：10452 毕业论文（设计）基于TL494小功率逆变器设计 姓名王日健 学号201309920312 年级 2013 专业电气工程及其自动化 系（院）汽车学院 指导教师谢印忠 2015年4月1日
摘要 随着科学技术的进步，逆变技术得到了快速发展，逆变器是一种应用功率型的半导体器件，能够把直流电能转变成交流电能的一种变流设备，用于交流负载使用。因此，逆变技术在开发和运用的领域中有着十分重要的地位。 本设计思路是针对车载逆变器，系统地阐述了车载逆变器技术的产生背景，发展现状、设计过程及广泛应用。该逆变器的核心控制电路采用了芯片TL494CN，并且在电路中使用了高频变压器，极大地减少了该逆变器的成本及体积，逐步提高了逆变器的性能。整个逆变电路将输入的12V的直流电通过两次变频转变成220V/50Hz的交流电后输出，并且具有输入/输出过压保护，以及过热保护等功能。 关键词：车载逆变器;高频变压器; TL494CN
Abstract With the progress of science and technology, inverter technology has been rapid development. Inverter is a kind of application of power semiconductor devices, which can transform into a DC power converter equipment AC power for AC load use. Therefore, the inverter technology has a very important position in the field of development and application. This design is based on car inverter, systematically expounds the background of vehicle-mounted inverter technology,the current situation of the development, the design process and a wide range of applications. The core of the inverter control circuit adopted TL494CN chip, and the high frequency transformer is used in the circuit, greatly reduces the cost and volume of the inverter and gradually improve the performance of the inverter. The inverter circuit of the input 12 V DC by twice frequency conversion into 220 V / 50 Hz alternating current output, with the input/output overvoltage protection, and overheating protection function. Keywords: Vehicle-mounted inverter; High-frequency transformer; TL494CN
电源逆变器的种类 有很多种电力逆变器。它们可以根据不同的方法进行分类。 1.根据逆变器输出交流电源频率，可分为逆变器，中频和高频逆变器。 2. 逆变器 工频逆变器的频率为50 / 60Hz，图1为使用升压变压器的逆变电路。它将直流反向转换为频率低压交流电，然后将工频变压器升压转换为交流220V，50Hz供电负载。它具有结构简单的优点，并且可以在较低电压下实现各种保护功能。逆变器与负载之间有逆变器，因此逆变器运行稳定，运行可靠，负载能力强，抗冲击能力强，还能抑制高次谐波成分。然而，逆变器具有庞大且昂贵的问题，并且其效率相对较低。小功率逆变器的额定负载效率在当前水平不超过90％。 低功率输出时的逆变器效率比峰值效率更重要。逆变器系统更适用于隔离系统（用户在大多数时间内负载低于峰值功率）。逆变器可以承受更高的负载功率影响。 （中频）逆变器中频逆变器的频率为400Hz至10000Hz。 高频逆变器 高频逆变器频率通常超过十几kHz至MHz。图2显示了高频变压器的功率逆变电路。用于高频低压交流的低压直流逆变器采用高频DC / DC变换器技术。在高频升压变压器之后，通过高频整流电路整流通常是300V以上的高压直流。最后获得220V 50Hz频率逆变器电路为负载提供交流电源。由于高频逆变器用于体积小，重量轻的高频芯材，因此电路的功率密度大大提高，使逆变器的空载损耗小，提高了逆变器的效率。通常，中小型PVS高频逆变器的峰值能量转换效率超过90％。
高频变压器拓扑 工频变压器和高频变压器效率曲线，红色为工频变压器，蓝色为高频变压器 2.根据逆变器输出的数量相位，可分为单相逆变器，三相逆变器和多相逆变器。 3.根据逆变器功率输出的下落，可分为有源和无源逆变器。有源逆变器是逆变器向工业电网输出的电力，无源逆变器是逆变器输出电力给某些电力负载。 4.根据逆变器主电路的形式，可分为单端逆变器，推挽逆变器，半桥逆变器和全桥逆变器。 根据功率逆变器主开关器件类型，它们可分为晶闸管逆变器，晶体管逆变器，场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管（IGBT）逆变器。它还可以归纳为“半控制型”逆变器和“全控制”逆变器两大类。前者没有自关断能力，导通后元件失控，被称为“半控制”通用晶闸管。后者具有自动关闭功能，无需设备开启和关闭可由控制电极控制，称为“完全控制”。功率场效应晶体管和绝缘栅双极右晶体管（IGBT）等属于这一类。 6.根据直流电源，它们可分为电压源逆变器（VSI）和电流源逆变器（CSI）。前者的直流电压几乎恒定，输出电压是交替的方波。后者的直流电流几乎恒定，输出电流也是交替的方波。 7.根据逆变器输出电压或电流波形，可分为非正弦波逆变器和纯正弦波逆变器。 8.根据功率逆变器控制模式，它们可分为脉冲频率调制（PFM）逆变器和脉冲宽度调制型（PWM）逆变器。 9.根据逆变器开关电路的工作模式，可分为谐振逆变器，固定频率硬开关逆变器和固定频率
1000W 正弦波逆变器制作过程详解 1000W 正弦波逆变器制作过程详解 作者:老寿 这个机器，输入电压是直流是12V, 也可以是24V ，12V 时我的目标是800W ，力争1000W ，整体结构是学习了钟工的3000W 机器.具体电路图请参考:1000W 正弦波逆变器（直流12V 转交流220V）电路图也是下面一个大散热板，上面是一块和散热板一样大小的功率主板，长228MM ，宽 140MM 。升压部分的4 个功率管，H 桥的4 个功率管及4 个TO220 封装的快速二极管直接拧在散热板；DC-DC 升压电路的驱动板和SPWM 的驱动板直插在功率主板上。 因为电流较大，所以用了三对6 平方的软线直接焊在功率板上： 吸取了以前的教训：以前因为PCB 设计得不好，打了很多样，花了很多冤枉钱，常常是PCB 打样回来了，装了一片就发现了问题，其它的板子就这样废弃了。所以这次画PCB 时，我充分考虑到板子的灵活性，尽可能一板多用，这样可以省下不少钱，哈哈。 如上图：在板子上预留了一个储能电感的位置，一般情况用准
开环，不装储能电感，就直接搭通，如果要用闭环稳压，就可以在这个位置装一个EC35 的电感。上图红色的东西，是一个0.6W 的取样变压器，如果用差分取样，这个位置可以装二个200K 的降压电阻，取样变压器的左边，一个小变压器样子的是预留的电流互感器的位置，这次因为不用电流反馈，所以没有装互感器，PCB 下面直接搭通。 上面是SPWM 驱动板的接口，4 个圆孔下面是装H 桥的4 个大功率管，那个白色的东西是0.1R 电流取样电阻。二个直径40 的铁硅铝磁绕的滤波电感，是用1.18 的线每个绕90 圈，电感量约1MH ，磁环初始导磁率为90。 上图是DC-DC 升压电路的驱动板，用的是KA3525 。这次共装了二板这样的板，一块频率是27K ，用于普通变压器驱动，还有一块是16K ，想试试非晶磁环做变压器效果。 H 桥部分的大功率管，我有二种选择，一种是常用的 IRFP460 ，还有一种是IGBT 管40N60 ，显然这二种管子不是同一个档次的，40N60 要贵得多，但我的感觉，40N60 的确要可靠得多，贵是有贵的道理，但压降可能要稍大一点。 这是TO220 封装的快恢复二极管，15A 1200V ，也是张工 提供的，价格不贵。我觉得它安装在散热板上，散热效果肯定比普通塑封管要强。 这次的变压器用的是二个EC49 磁芯绕制的，每个功率