目录
目录 (1)
第一章绪论 (2)
1.1 正余弦波逆变器的概念 (2)
1.2 正余弦波逆变器的发展历史 (2)
1.2.1 概述 (2)
1.2.2 正余弦波逆变器器件概述 (3)
第二章正弦波逆变器中的开关器件及其基本工作原理 (4)
2.1 可关断晶体管（GTO） (4)
2.2 电力晶体管（GTR） (5)
2.3 功率场效应晶体管（Power MOSFET） (6)
2.4 绝缘栅双极晶体管（IGBT） (7)
2.5 小结 (8)
第三章正弦波逆变器设计总体思路.... (9)
3.1 总体框架图 (9)
3.2 局部电路 (9)
3.21 电压型逆变器 (9)
3.22 电流型逆变器 (10)
3.3 正弦脉宽调制逆变器 (11)
3.31 PWM逆变电路及其工作原理 (11)
3.32 总控制电路 (13)
3.33控制局部电路 (15)
第四章SPWM逆变器的应用 (16)
4.1 SPWM逆变器的概况 (16)
4.2 SPWM逆变器的应用场合 (16)
总结 (17)
参考文献 (17)
第一章绪论
1.1正弦波逆变器的概念
所谓逆变器，是指整流器的逆向变换装置。其作用是通过半导体功率开关器件（例如GTO,GTR,功率MOSFET 和IGBT等）的开通和关断作用，把直流电能换成交流电能，它是一种电能变换装置逆变器。
特别是弦波逆变器，其主要用途是用于交流传动，静止变频和UPS电源。逆变器的负载多半是感性负载。为了提高逆变效率，存储在负载电感中的无功能量应能反馈回电源。因此要求逆变器最好是一个功率可以双向流动的变换器，即它既可以把直流电能传输到交流负载侧，也可以把交流负载中的无功电能反馈回直流电源。
1.2弦波逆变器的发展历史
1.21 概述
逆变器的原理早在1931年就在文献中提到过。1948年，美国西屋电气公司用汞弧整流器制成了3000HZ 的感应加热用逆变器。
1947年，第一只晶体管诞生，固态电力电子学随之诞生。1956年，第一只晶体管问世，这标志着电力电子学的诞生，并开始进入传统发展时代。在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展。首先出现的是SCR电压型逆变器。1961年，B.D.Bedford提出了改进型SCR强迫换向逆变器，为SCR逆变器的发展奠定了基础。1960年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并开始进行研究。1962年，A.Kernick提出了“谐波中和消除法”，即后来常用的“多重叠加法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，F.G.Turnbull提出了“消除特定谐波法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优，转矩脉动最小等。
20世纪70年代后期，可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR及其模块相继实用化。80年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了各种高频化的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管Power MOSFET、绝缘门极晶体管IGT或IGBT、静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH、场控晶闸管
MCT，及MOS晶体管MGT等。这就是、使电力电子技术由传统发展时代进入到高频化时代。在这个时代，具有小型化和高性能特点的新逆变技术层出不穷。特别是脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展。
1964年，由A.Schonung和H.Stemmler提出的、把通信系统调制技术应用到逆变技术中的正弦波脉宽调制技术（Sinusoida-PWM，简称SPWM），由于当时开关器件的速度慢而未得到推广。直到1975年才由Bristol大学的S.R.Bowse等把SPWM技术正式应用到逆变技术中，使逆变器的性能大大提高，并得到了广泛的应用和发展，也使正弦波逆变技术达到了一个新高度。此后，各种不同的PWM技术相继出现，例如注入三次谐波的PWM、空间相量调制（SVM）、随机PWM、电流滞环PWM等，成为高速器件逆变器的主导控制方式。至此，正弦波逆变技术的发展已经基本完善。
1.22 正余弦波逆变器的器件概述
电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、精细光刻等。
IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它的并联不成问题，由于本身的关断延迟很短，其串联也容易。尽管IGBT模块在大功率应用中非常广泛，但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题，其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度，另外,绝缘材料的缺陷也是一个问题。
随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。
第二章 正弦波逆变器中的开关器件及其基本工作原理
2.1 可关断晶体管（GTO ） 可关断晶闸管GTO （Gate Turn-Off Thyristor ）亦称门控晶闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。普通晶闸管（SCR ）靠门极正信号触发之后，撤掉信号亦能维持通态。欲使之关断，必须切断电源，使正向电流低于维持电流IH ，或施以反向电压强近关断。这就需要增加换向电路不仅使设备的体积重量增大，而且会降低效率，产生波形失真和噪声。可关断晶闸管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。GTO 的容量及使用寿命均超过巨型晶体管（GTR ），只是工作频纺比GTR 低。目前，GTO 已达到3000A 、4500V 的容量。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显示出强大的生命力。
GTO 是一种PNPN 四层结构的半导体器件，它的结构，等效电路图及图形符号示于图2.1-1中。 G K
A G K A
G K P N P N 1122
A G C C 1
2
1
2K (a)(b)(c)
图 2.1-1
A
图中A 、G 和K 分别表示GTO 的阳极，门极和阴极。α1为P 1N 1P 2晶体管的共基极电流放大系数，α2为N 2P 2N 1晶体管的共基极电流放大系数，图中的箭头表示各自的多数载流子运动方向。通常α1比α2小，即P 1N 1P 2晶体管不灵敏，而N 2P 2N 1晶体管灵敏。GTO 导通时器件总的放大系数α1+α2稍大于己于1，器件处于临界饱和状态，为用门极负信号去关断阳极电流提供了可能性。
2.2 电力晶体管（GTR）
电力晶体管是一种双极型大功率高反压晶体管，由于其功率非常大，所以，它又被称作为巨型晶体管，简称GTR。GTR是由三层半导体材料两个PN结组成的，三层半导体材料的结构形式可以是PNP，也可以是NPN。大多数双极型功率晶体管是在重掺质的N+硅衬底上，用外延生长法在N+上生长一层N漂移层，然后在漂移层上扩散P基区，接着扩散N+发射区，因之称为三重扩散。基极与发射极在一个平面上做成叉指型以减少电流集中和提高器件电流处理能力。
在逆变电路中，GTR都工作在共发射极状态，其输出特性曲线是指集电极电流IC和电压VCE以及基极电流I B之间的关系，如图2.2-1所示。
GTR的特性曲线分5个区。区为截止区，I B=0，I C很小，为CE漏电流。II区为线性放大区，当I B 增加时，I C也跟随I B 线性增加。随着V CE 继续降低，I C已没有增长能力，这就进入了深度饱和区，即第IV区。这时的V CE称为GTR的饱和压降，用V CES表示，它比GTO和VMOSFET要低。V
区为击穿区，
IV
I I I
I I V
C
I
BE
C E
当V CE增加到一定值时，即使I B不增加，I C也会增加，这时的V CE就是GTR 的一次击穿电压。如果V CE继续增加，I C也增加，由于GTR具有负阻特性，当结温上升时，I C更大。由于整个管芯的导电不可能绝对均匀，大的I C会产生集中热点，从而发生雪崩击穿，I C骤增。这时候，即使降低V CE也无济于事，高速增长的热量无法散出，在很短时间内（几微秒甚至几纳秒）便使GTR被永远地烧坏。这就是GTR的二次击穿现象，它是GTR最致命的弱点，也是限制GTR发展和进一步推广应用的最重要的原因之一。电力晶体管GTR大多作功率开关使用，所以，要求它要有足够的容量（高电压、大电流）、适当的增益、较高的工
作速度和较低的功率损耗等。但由于电力晶体管的功率损耗大、工作电流大，因此它存在着诸如基区大注入效应、基区扩展效应和发射极电流集边效应等特点和问题。
2.3 功率场效应晶体管（Power MOSFET）
功率场效应晶体管简称功率MOSFET，它是一种以晶体管原理为基础，将微电子技术的发展成果应用到电力电子领域中的单极型的电压控制器件，不但有自关断能力，而且有驱动功率小、工作速度高、无二次击穿问题、安全工作区宽等优点。
在这里以VDMOSFET为例，来大致介绍一下功率MOSFET的结构和工作理。
P
N漂移层
衬底
漏（D）栅（G）
源（S）P
N N
N
G
D
S G
S
D
N 沟道P 沟道
图 2.3 -1
图2.3-1(a)是VDMOSFET中一个单元的截面图，它是在电阻率很地的重掺杂N+ 衬底上生长一层漂移层N，该层的厚度和杂质浓度决定了器件的正向阻断能力。然后在漂移层上再生长一层很薄的栅极氧化物，在氧化物上沉积多晶硅栅极。在用光刻法除去一部分氧化物后，进行P区和N+源区双区双扩散，并沉积源极电极。这样，就形成了N沟道增强型功率MOSFET，其电气图形符号如图2.3-1(b)所示。当漏极接电源正端，源极接电源负端，栅极和源极间电压为零时，P基区和N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。如果在栅极和源极之间加一正电压U GS，由于栅极是绝缘的，所以并不会有栅极电流流过。但栅极的正电压却会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少数载流子电子吸引到栅极下面的P区表面。当U GS大于某一电压值U T时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P型半导体反型成N型半导体而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。电压U T称为开启
电压，U GS 超过U T 越多，导电能力越强，漏极电流I D 越大。
近年来，各种功率MOSFET 型器件层出不穷。由于它具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好、可靠性强等优点，在应用中取代了许多原来为双极型功率器件所占据的领域。它的工艺特点决定了它能方便地同其他类型的器件相集成，从而促进了高压功率集成电路HVIC 和智能功率集成电路SPIC 的实现，推动了电力电子技术的发展。
2.4 绝缘栅双极晶体管（IGBT ）
绝缘栅双极晶体管（Insulate Gate Bipolar Transistor ）简称IGBT ，是一种新型的电力电子器件。它是MOSFET 与GTR 的复合器件，因此，它既具有MOSFET 的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR 的载流量大、阻断电压高等多项优点，是取代GTR 的理想开关器件。从1986年至今，尤其是近几年来IGBT 的发展很快，目前已被广泛应用于电视控制、中频开关电源和逆变器、机器人、空调器以及要求快速低损耗的许多领域。现在已经被广泛应用的第三代IGBT 通态压降更低、开关速度更快；集成的智能型IGBT 功率模块使用更方便、体积更小、保护更可靠，并省去了驱动电路。
从结构上可以看出，IGBT 相当于一个由MOSFET 驱动的厚基区GTR ，其简化等效电路如图2.4-2(a)所示，N 沟道IGBT 的图形符号如图2.4-2(b)所示。对于P 沟道IGBT ，其图形符号中的箭头防线恰好相反。图中的电阻R dr 是厚基区GTR 基区内的扩展电阻。IGBT 是以GTR 为主导元件，MOSFET 为驱动元件的达林顿结构。图示器件为N 沟道IGBT ，MOSFET 为N 沟道型，GTR 为PNP 型。
C E G G N P N
P N P
S
( S )( D )( a )
( b )
图 2 . 4 - 2R d r
b R r
IGBT的开通和关断是由门极电压来控制的。门极施以正电压时，MOSFET 内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。在门极上施以负电压时，MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT即为关断。
当V DS为负时，J3结处于反向偏置状态，类似于反偏二极管，器件呈反向阻断状态。
当V DS为正时，有两种可能：
(1)若门极电压小于开启电压，即V G < V T，则沟道不能形成，器件呈正向阻断状态；
(2)若门极电压大于开启电压，即V G> V T时，绝缘门极下面的沟道形成，N+区的电子通过沟道进入N-漂移区，漂移到J3结，此时J3记是正向偏置，也向N-区注入空穴，从而在N-区产生电导调制，使器件正向导通。
2.5 小结
功率MODFET是单极型电压驱动器件，具有工作速度快、输入阻抗高、热稳定性好以及驱动电路简单等优点，但是导通电阻大，电流容量较低，阻断电压也低。GTR和GTO是双极型电流驱动器件，其阻断电压高，载流能力强，但是工作速度慢，驱动电流大，控制电路比较复杂。
而IGBT作为功率MOSFET和GTR的复合器件，将它们各自的优点集于一身，扬长避短，使其特性更加优越，具有输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大等优点，因而发展很快，应用很广，在各个领域中有取代前述全控型器件的趋势，IGBT已成为当前电力半导体器件发展的重要方向。
第三章 正弦波逆变器设计总体思路
3.1 总体框架图
3.2 局部电路
常用逆变器按照逆变器的直流侧波形和交流侧波形分类，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器。
3.21 电压型逆变器
理想的逆变器，从直流变到交流的功率总是一定的值而没有脉动，直流电压波形和电流波形中也不应该产生脉动。而在实际的逆变电路中，因为逆变器的脉动数等有限制，因而，逆变功率P 是脉动的。当逆变器的逆变功率P 的脉动波形由直流电流来体现时，称为电压型逆变器，如图3.1-1所示，直流电源是恒压源。 E C S S P
D P
图 3 . 1 - 1i d a b d
00D D D D D 12
345
6交
流
U d
0C d
负载
驱动电路 SPWM 控
制电路 滤波电路
输出220V
交流电
调频电路 输入
180~250V 逆变电路 升压电路
电压型逆变器的特点是：
（1） 直流侧有较大的直流滤波电容C d 当负载功率因数变化时，交流输出电压的波形不变，即交流输出电压波形与负载无关。交流输出电压的波形，通过逆变开关的动作被直流电源电容上的电压钳位成为方波。
（2） 在逆变器中，与逆变开关并联有反馈二极管D 1~D 6，所以，交流电压与负载无关，是方波。
（3） 输出电流的相位随着负载功率因数的变化而变化。换向是在同桥臂开关管之间进行的。
（4） 可以通过控制输出电压的幅值和波形来控制其输出电压。
（5） 可以通过控制输出电压的幅值和波形来控制其输出电压。
3.22 电流型逆变器
当逆变器的逆变功率P 的脉动波形由直流电压来体现时，称之为电流型逆变器，如图3.2-1所示，直流电源是恒压源。 S S P
D P
图 3 . 2 - 1
i a b d
00D D D D D 12
3456交流U d
0负载i a
L d
L d
I d 电流型逆变器的特点是：
（1）
直流侧接有较大的滤波电感Ld 。 （2） 当负载功率因数变化时，交流输出电流的波形不变，即交流输出电流波形与负载无关。交流输出电流波形，通过逆变开关的动作，被直流电源电感稳流成方波。
（3） 在逆变器中，与逆变开关串联的有反向阻断二极管D 1~D 6，而没有反馈二极管。所以，在逆变器中必须有释放换相时积蓄在负载电感上的能量的
电路（通常用并联电容吸收这部分能量）。
（4）输出电压的相位，随着负载功率因数的变化而变化。换向是在两相邻相之间进行的。
（5）可以通过控制输出电流的幅值和波形来控制其输出电流。
3.3 正弦脉宽调制逆变器
3.31 PWM逆变电路及其工作原理
PWM的工作原理
把正弦波波形分成N等份，就可以把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π∕N ，但是幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按照正弦规律变化。如果，把上述脉冲序列用同样的数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（冲量）相等，就得到所需的脉冲序列。这就是PWM波形。可以看出，各脉冲的宽度是按照正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波形的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。像这种脉冲的宽度按照正弦规律变化而和正弦坡等效的PWM波形，也称为SPWM（Sinusoidal PWM）波形。
在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时只要按照同一比例系数改变各脉冲的宽度即可。
给出了正弦波频率、幅值和半个周期内的脉冲数后，PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确地计算出来。按照计算结果控制电路中各个开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。但是，这种计算是很繁琐的，正弦波的频率、幅值等变化时，结果都要变化。较为实用的方法是采用调制的方法，即把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制，得到所期望的PWM波形（如图3.31）所示。通常采用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波上下宽度与高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如在交点时刻控制电路中开关器件的通断，就可以得到宽度
正比于信号波幅值的脉冲，这就符合PWM控制的要求。当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。这种情况使用最广，这里所介绍的PWM控制只要就是指SPWM控制。当调制信号不是正弦波时，也能得到与调制信号等效的PWM波形。
图3.31
PWM逆变电路
在PWM型逆变电路中，使用最多的还是如图4.2-6所示的三相桥式逆变电路，其控制方式一般都是采用双极性方式。U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角波载波段Uc，三相调制信号Uru、Urv和Urw的相位依此相差120°。
U V
V V
V
V D
VD V D
V D
u u
d
4
1
1
4
3
6
6
3
rU
c
调制
电路
5
2
D V
V2
V D
V
5
rV
u u rW
U
V
W 2
2
U d
N’
C
C
N
图 4 . 2 - 6
U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同，现以U相为例来说明。当Uru>Uc 时，给上桥臂晶体管V1以导通信号，给下桥臂晶体管V4以关断信号，则U相
相对于直流电源假想中点N′的输出电压Uun
=Ud/2 。当Uru ′ =-Ud/2 。V1和V4的驱动信号始终是互导通信号，给V1以关断信号，则Uun ′ 补的。当给V1（V4）加导通信号时，可能是V1（V4）导通，也可能是二极管VD1（VD4）续流导通，这要由感性负载中原来电流的方向和大小来决定，和单相桥式逆变电路双极性PWM控制时的情况相同。V相和W相的控制方式和U 相相同。当臂1和臂6导通时，Uuv=Uv，当臂3和臂4导通时，Uuv=-Ud，当臂1和臂3或臂4和臂6导通时，Uuv=0 。因此，逆变器输出线电压由±U d、0三种电平构成。 3.32 总控制电路 逆变电源控制电路的核心是SPWM发生器。SPWM的实现包括分立电路、集成芯片和单片机实现。它们的电气性能和成本有所不同，各有自己的优势和不足之处。逆变电源SPWM电路的调制频率固定为50Hz不变，为了降低成本，我们这里用分立电路组成，如图4.1所示 图4.1 正弦波发生器和三角波发生器分别见下两图4.1.1、4.1.2。 RC桥式正弦波振荡电路原理如图8-2所示，图中集成运放A作为放大器，RC串并联网络组成选频网络，同时也作为振荡器的正反馈网络，R1、Rf组成电压负反馈以起到稳定和改善输出波形的作用。 R 1 R 2R 3C 1C 2R F ＋－ －－＋ ＋U f U id U o A ... 图4.1.1 图中R1=R2,C1=C2。其中Ｒ１和R2为同轴双联电位器的阻值，C2和Ｃ２为波段开关电容的数值。通过改变R 2和C2 的值就可以改变输出正弦波的频率 。 RC 串并联选频网络 R 1 R 2 C 1C 2..U U 1 2 ＋ ＋－ － 震荡频率f0=1/2∏RC 三角波产生电路 以标准的正弦波信号为参考，将输出电压的反馈信号与之相比较，经由IC1及其外围电路组成的PI 型误差放大器调节后得到一个控制信号，送到IC2去调制三角波，既可得到SPWM 波形。 3.33控制局部电路 放大电路的设计 差分驱动放大电路 因为所设计的控制电路输出的波形信号是比较微弱的。完全不能直接的驱动IGBT的导通。所以我们必须要设计一个放大器来对PWM信号进行放大在输出的。 驱动电路的设计 IGBT驱动器接线图 这种驱动器同一系列的不同型号其引脚和接线基本相同，只是适用被驱动器件的容量和开关频率以及输入电流幅度值等参数有所不同。混合集成驱动器内部具有退饱和和检测和保护环节。当发生过电流时能快速响应但慢速关断IGBT，并向外部电路给出故障信号。 第四章SPWM逆变器的应用 4.1 SPWM逆变器的概况 SPWM正弦脉宽调制法（Sinusoida PWM）是调制波为正弦波、载波为三角波或锯齿波的一种脉宽调制法，它是1964年由ASchonung和HStemmler把通讯系统的调制技术应用到逆变器而产生的，后来由Bristol大学的S.R.Bower等于1975年对该项技术正式进行了推广应用。这项技术的特点是原理简单，通用性强，控制和调节性能好，具有消除谐波、调节和稳定输出电压的多种作用，是一种比较好的波形改善法。它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。 4.2 SPWM逆变器的应用场合 单相SPWM正弦脉宽调制通常用于单相交流逆变器和UPS中；三相SPWM 正弦脉宽调制主要用于以下几个领域： （1）交流电动机变频调速系统 三相交流电动机的调压调频（VVVF）调速系统，供给三相异步电动机的三相电流要基本正弦，以减少电机的发热，其主逆变开关电路（三相全桥）要用三相SPWM正弦脉宽调制脉冲来驱动。 （2）三相有源功率因数校正（PFC） 为了提高功率变换器的功率因数，用三相有源PFC电路代替传统的三相可控全波整流电路。三相有源PFC电路有时要用三相SPWM正弦脉宽调制脉冲来控制。 （3）三相有源逆变系统 为了减少谐波对电网的污染，提高功率因数，可以用三相SPWM正弦脉宽调制脉冲来控制三相有源逆变主开关电路的工作，使得回送到电网上的电流近似正弦。主要用于交流电动机制动能量回馈系统、电力调节装置等。 （4）三相UPS 用三相SPWM正弦脉宽调制脉冲来控制三相逆变主开关电路，可以将蓄电池中的直流电逆变成三相正弦波电压，供给负载，以减少谐波电压对负载的影响。 总结 电力电子技术从1956年晶闸管问世，电力电子学诞生，至今已经过近50年的发展历程，目前已基本形成比较完整的理论和体系，并成为因门独立的学科。尤其是在最近10年，电力电子学获得了突飞猛进的发展，被视为人类社会的第二次电子革命。通过这两个星期的课程设计，从开始任务到查找资料，到设计电路图，到最后的实际接线过程中，我学到了课堂上学习不到的知识。上课时总觉得所学的知识太抽象，没什么用途，现在终于认识到了它的重要性。平时上课老师讲的内容感觉都听明白了,但真正到了用的时候却不怎么会用了,经过这次课程设计才知道,要真正学好一门课程,并不是把每一章的内容搞懂就行了,而是要将每一章的内容联系起来,融会贯通,并能够应用到实践中去.通过这次课程设计，我学到了不少新知识、新方法、新观点。这次设计不但锻炼了我的学习能力、分析问题与解决问题的能力，同时也锻炼了我克服困难的勇气和决心。 逆变，是对电能进行变换和控制的一种基本形式，现在逆变技术是综合了现代电力电子开关器件的应用、现在功率变换、模拟和数字电子技术。PWM技术、频率及相位调制技术、开关电源技术和控制技术等一门实用技术，已被广泛地用于工业和民用领域中地各种功率变换系统和装置中。 参考文献 1.李序葆,赵永健编著. 电力电子器件及其应用. 机械工业出版社 2.丁道宏主编.电力电子技术.航空工业出版社 3.贾正春,马志远主编. 电力电子学.中国电力出版社 4.张卫平等编著. 绿色电源—现代电能变换技术及应用. 科学出版社 5.王兆安,杨君,刘进军编著. 谐波抑制和无功功率补偿. 机械工业出版社 6.曲永印主编. 电力电子变流技术. 冶金工业出版社 7.杨晶琦主编. 电力电子器件原理与设计. 国防工业出版社 8.黄俊,王兆安编. 电力电子变流技术. 机械工业出版社 等级: 湖南工程学院 课程设计 课程名称电力电子技术 课题名称 SG3525正弦波逆变电源设计 专业 班级 学号 姓名 指导教师 2013年12 月16 日 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称单片机原理及应用 课题智能密码锁设计 专业班级 学生姓名 学号 指导老师 审批 任务书下达日期2013 年12 月16 日 设计完成日期2013 年12 月27 日 设计内容与设计要求 一．设计内容： 1．电路功能： 1）逆变就是将直流变为交流。由波形发生器产生50Hz、幅度可变的正弦波，与锯齿波比较后，再通过PWM电路，输出SPWM波，经 过驱动电路驱动逆变电路进行逆变，再经过高频变压器与滤波电 路输出-50Hz的正弦波。 2）电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：高频逆变电路、滤波环节。控制电路主要环节：正弦信号发生电路、脉宽调制PWM、 电压电流检测单元、驱动电路。 3）功率变换电路中的高频开关器件采用IGBT或MOSFET。 4）系统具有完善的保护 2. 系统总体方案确定 3. 主电路设计与分析 1）确定主电路方案 2）主电路元器件的计算及选型 3）主电路保护环节设计 4. 控制电路设计与分析 1）检测电路设计 2）功能单元电路设计 3）触发电路设计 4）控制电路参数确定 二．设计要求： 1．要求输出正弦波的幅度可调。 2．用SG3525产生脉冲。 3．设计思路清晰，给出整体设计框图； 4．单元电路设计，给出具体设计思路和电路； 5．分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分析。 6．绘制总电路图 7．写出设计报告； 主要设计条件 1．设计依据主要参数 1）输入输出电压：输入（DC）+15V、10V（AC） 2）输出电流：1A 3）电压调整率：≤1% 4）负载调整率：≤1% 5）效率：≥0.8 2. 可提供实验与仿真条件 说明书格式 1．课程设计封面； 2．任务书； 3．说明书目录； 4．设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）； 5．单元电路设计（各单元电路图）； 6．故障分析与电路改进、实验及仿真等。 7．总结与体会； 8．附录（完整的总电路图）； 9．参考文献； 11、课程设计成绩评分表 进度安排 第一周星期一:课题内容介绍和查找资料； 星期二:总体电路方案确定 星期三:主电路设计 星期四:控制电路设计 星期五:控制电路设计； 第二周星期一: 控制电路设计 星期二：电路原理及波形分析、实验调试及仿真等 星期四~五:写设计报告，打印相关图纸； 星期五下午:答辩及资料整理 通用纯正弦波逆变器制作 概述 本逆变器的PCB设计成12V、24V、36V、48V这几种输入电压通用。制作样机是12V输入，输出功率达到1000W功率时，可以连续长时间工作。 该逆变器可应用于光伏等新能源，也可应用于车载供电，作为野外应急电源，还可以作为家用，即停电时使用蓄电池给家用电器供电。使用方便，并且本逆变器空载小，效率高，节能环保。 设计目标 1、PCB板对12V、24V、36V、48V低压直流输入通用； 2、制作样机在12V输入时可长时间带载1000W； 3、12V输入时最高效率大于90%； 4、短路保护灵敏，可长时间短路输出而不损坏机器。 逆变器主要分为设计、制作、调试、总结四部分。下面一部分一部分的展现。 第一部分设计 1.1 前级DC-DC驱动原理图 DC-DC驱动芯片使用SG3525，关于该芯片的具体情况就不多介绍了。其外围电路按照pdf里面的典型应用搭起来就OK。震荡元件Rt=15k，Ct=222时，震荡频率在21.5KHz左右。用20KHz左右的频率较好，开关损耗小，整流管的压力也小些，有利于效率的提高。不过频率低，不利于器件的小型化，高压直流纹波稍大些。 电池欠压保护，过压保护以及过流保护在DC-DC驱动上实现。用比较器搭成自锁电路，比较器输出作用于SG3525的shut_down引脚即可。保护电路均是比较器搭建的常规电路。DC-DC驱动部分使用了准闭环，轻载时，准闭环将高压直流限制在380V左右，一旦负载加重前级立即进入开环模式，以最高效率运行。并且使用了光耦隔离，前级输入和输出在电气上是隔离开的，这样设计也是为了安全。如图1.1所示，是DC-DC驱动电路原理图。 纯正弦波逆变器哪个好_纯正弦波逆变器排行榜 纯正弦波逆变器哪个好纯正弦波的逆变器好，困为谐波分量少，功率因数更高。 纯正弦波的逆变器 连续输出功率：1000W 峰值输出功率：2000W 直流输入：12V 交流输入电压：100-120V/60Hzor220V-240V/60Hz 主要优点：其输出波形为纯正弦波，较修正正弦波而言，这种波形稳定，不失真，不易变形，带载能力强，接近于市电的供电能力。 带感性负载如微波炉和电机，具有使负载工作更快，并有效减少设备产生的噪音。提供持续稳定的交流电，保证设备持续正常工作。 纯正弦波和修正弦波逆变器有什么区别纯正弦波的才能称为正弦波，所谓修正正弦波更接近于方波。纯正弦波逆变器可以驱动常见的任何可以接入市电的设备，而修正正弦波对负载有很多限制，比如带电阻类负载（白炽灯、电炉（电磁炉除外）等负载）是没问题的，但电容类负载（比如充电的LED手电筒）在脉冲的边沿会出现冲击电流，导致电容类负载在修正正弦波供电时极易损坏，电感类负载（使用电动机的电器）工作也会出现异常。这个我以前做过专门的测试，下面照片中示波器的图像就是逆变器的输出波形，由于输出电压较高，已经在示波器探头上使用电阻进行100:1的分压。 下面图片中这个就是纯正弦波逆变器的输出波形： 下面这个图片中的示波器图像是修正正弦波逆变器输出的所谓“修正正弦波”： 1、西门子：世界上最大的机电类/电气工程与电子公司之一，世界500强企业； 2、西蒙Simon：高新技术企业，，拥有国内产品专利近百项，其产品畅销国内外； 3、罗格朗-TCL：电气行业的领导品牌，十大品牌，TCL-罗格朗国际电工； 4、奇胜Clipsal：全球著名品牌，亚洲最大的电工产品品牌之一； 目录 目录 (1) 第一章绪论 (2) 1.1 正余弦波逆变器的概念 (2) 1.2 正余弦波逆变器的发展历史 (2) 1.2.1 概述 (2) 1.2.2 正余弦波逆变器器件概述 (3) 第二章正弦波逆变器中的开关器件及其基本工作原理 (4) 2.1 可关断晶体管（GTO） (4) 2.2 电力晶体管（GTR） (5) 2.3 功率场效应晶体管（Power MOSFET） (6) 2.4 绝缘栅双极晶体管（IGBT） (7) 2.5 小结 (8) 第三章正弦波逆变器设计总体思路.... (9) 3.1 总体框架图 (9) 3.2 局部电路 (9) 3.21 电压型逆变器 (9) 3.22 电流型逆变器 (10) 3.3 正弦脉宽调制逆变器 (11) 3.31 PWM逆变电路及其工作原理 (11) 3.32 总控制电路 (13) 3.33控制局部电路 (15) 第四章SPWM逆变器的应用 (16) 4.1 SPWM逆变器的概况 (16) 4.2 SPWM逆变器的应用场合 (16) 总结 (17) 参考文献 (17) 第一章绪论 1.1正弦波逆变器的概念 所谓逆变器，是指整流器的逆向变换装置。其作用是通过半导体功率开关器件（例如GTO,GTR,功率MOSFET 和IGBT等）的开通和关断作用，把直流电能换成交流电能，它是一种电能变换装置逆变器。 特别是弦波逆变器，其主要用途是用于交流传动，静止变频和UPS电源。逆变器的负载多半是感性负载。为了提高逆变效率，存储在负载电感中的无功能量应能反馈回电源。因此要求逆变器最好是一个功率可以双向流动的变换器，即它既可以把直流电能传输到交流负载侧，也可以把交流负载中的无功电能反馈回直流电源。 1.2弦波逆变器的发展历史 1.21 概述 逆变器的原理早在1931年就在文献中提到过。1948年，美国西屋电气公司用汞弧整流器制成了3000HZ 的感应加热用逆变器。 1947年，第一只晶体管诞生，固态电力电子学随之诞生。1956年，第一只晶体管问世，这标志着电力电子学的诞生，并开始进入传统发展时代。在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展。首先出现的是SCR电压型逆变器。1961年，B.D.Bedford提出了改进型SCR强迫换向逆变器，为SCR逆变器的发展奠定了基础。1960年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并开始进行研究。1962年，A.Kernick提出了“谐波中和消除法”，即后来常用的“多重叠加法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，F.G.Turnbull提出了“消除特定谐波法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优，转矩脉动最小等。 20世纪70年代后期，可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR及其模块相继实用化。80年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了各种高频化的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管Power MOSFET、绝缘门极晶体管IGT或IGBT、静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH、场控晶闸管 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 1. TL494正弦波逆变电源设计 (1) 1. TL494正弦波逆变电源设计 (10) 一种基于单片机的正弦波输出逆变电源的设计 (25) 1. TL494正弦波逆变电源设计 1.1 概述： TL494本身就是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管室、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。次课程设计我所设计的是TL494正弦波逆变电路，其电路的主要功能是： 1）逆变就是将直流变为交流。由波形发生器产生50Hz、幅度可变的正弦波，与锯齿波比较后，再通过PWM电路，输出SPWM波，经过驱动电路逆变电路，再经过高频变压器与滤波电路输出50Hz的正弦波。 2）电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：高频逆变电路、滤波环节。控制电路主要环节：正弦信号发生电路、脉宽调制PWM、电压电流检测单元、驱动电路。 3）功率变换电路中的高频开关器件采用IGBT或MOSFET。 4）系统具有完善的保护 这是本次课程设计中要设计的电路的概况，其实总的来说用TL494为主要元件实现的正弦波逆变电路控制器具有构思新颖、电路简单、成本低廉以及控制过程稳定等特点，在很多工业控制场合可获得广泛的应用。 1.2 系统总体方案的确定： 通过对设计内容和设计要求的具体分析，我把电路分别设计成两部分：一是主电路，即是采用高频逆变电路和高频变压器的组合来实现，其中的滤波电路则是采用的线路滤波的方式，高频逆变电路由于其要求的特殊性我采用了电压型半桥逆变电路和高频开关IGBT相连接的方法，并且和高频变压器的组合可以高效的实现直流电向交流电的逆变过程。 第二部分控制电路，当然是采用集成芯片TL494来实现，主要原因在于主电路的电流逆变过程中控制电路各单元的复杂性，而TL494本身包含了开关电路控制所需的全部功能和全部脉宽调制电路，同时片内置有线性误差放大器和其他驱动电路等，因此便可以同时实现：正弦信号发生单元、脉宽调制PWM单元、电压电流检测单元和驱动电路单元。 这样就完全确定了系统总体电路的方案。 如图1.2.1框图： 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 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 制作600W的正弦波逆变器 该机具有以下特点： 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，我保证你制作成功，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，曾得到好友的提示帮助，特在此表示感谢。 U3988是数字化的、功能完善的正弦波单相逆变电源 / UPS 主控 芯片，它不仅可以输出高精度的SPWM正弦波脉冲序列，还可以实现稳压、保护、市电/逆变自动切换、充电控制等功能，并且具备LED指示灯驱动、蜂鸣器控制、逆变桥控制引脚，从而可以利用该芯片组成一个完整的逆变电源/UPS系统，用该芯片控制的逆变桥输出，既可以是传统的工频变压器结构，也可以是高频升压后的直接逆变结构。为方便生产过程中的调试，该芯片还具备测试模式，在该模式下，所有的保护功能、市电切换、充电控制均不起作用，仅工作在可以稳压的逆变状态，为最基本的调试和测试提供了方便。 U3988 的内部构成主要有：正弦波发生器、双极性调制脉冲产生逻辑、50Hz（或 60Hz）时基、电压反馈/短路检测、正弦波峰值调压稳压单元、外部扩展的保护响应逻辑、市电过零脉冲过滤、市电电压测量、电池电压测量、逆变控制、充电控制、指示灯控制、蜂鸣器控制、抗干扰自恢复单元构成。整个电路封装成一个18引脚IC（DIP18），其内部结构框图如图一所示： 图二是U3988的引脚图。 VDD是芯片的电源引脚，接单一+5V；GND是地； OSC1、OSC2是时钟引脚，接20MHz晶振； OUTA、OUTB是正弦波SPWM脉冲序列的输出引脚，这两个引脚输出的信号一般要通过死 区控制电路才能送到逆变桥； OUTG是逆变桥使能控制输出，该引脚输出低电平时允许逆变桥工作，输出高电平时则禁止逆变桥工作； AV_CK是逆变输出电压反馈引脚，该引脚接受的是模拟量输入，逆变桥最终输出的正弦波交流电压通过反馈电路送到该引脚，由芯片对逆变输出电压实现稳压、调压和短路检测； BT_CK是电池电压测量引脚，是模拟量输入引脚，电池电压经过电阻降压送到该引脚，由芯片对电池实现欠压保护、充电检测，若不需要使用该引脚，可以直接接+5V； AC_CK是市电电压测量引脚，这也是模拟量输入引脚，市电电压经过降压、整流、滤波、电阻分压后，送到该引脚，芯片会根据该引脚电压的变化，判断市电是否异常，并决定是否进行市电/逆变切换；若不需要使用该引脚，也可以直接接+5V； ACPLUS引脚是市电检测输入，芯片由此引脚的高低电平判断市电的有无；有市电时要将该引脚拉成低电平，对于检测市电的电路，如果为了提高响应速度而不采用滤波电容，也是允许的，虽然在该引脚的低电平信号中含有过零脉冲，但并不会使U3988频繁地进入逆变状态，因为在芯片的内部有过零脉过滤逻辑； AC/DC引脚是市电/逆变控制输出，输出高电平时为市电，输出低电平时为逆变； CHARG引脚是充电控制输出，高电平有效； LED_L引脚是逆变/欠压指示输出，低电平时表示逆变状态，闪烁时表示欠压； LED_P引脚是保护指示输出，当检测到短路或者外部的扩展保护时，芯片停止逆变，进入保护状态，此时指示灯闪烁； PROT引脚是扩展保护输入引脚，高电平有效，用户可以通过外部的或门逻辑实现过流、过温等保护输入，该引脚在逆变和市电状态都可以响应外部的保护请求； BEEP/TEST是双向引脚，正常工作时是蜂鸣器控制输出引脚，通过三极管驱动电磁式蜂鸣器，当在芯片加电的瞬间，该引脚是输入引脚，用来检测外部TEST跳线的状态；关于该引脚的详 全硬件纯正弦逆变器制作教程 作者：科创论坛尤小翠 注:此文章参考了部分电源网老寿老师和老矿石老师的研究成果 做一个纯正弦逆变器,这个想法9个月之前就有了.做个逆变器,高频的,效率高,体积 小.前级肯定用SG3525或者TL494做的推挽升压,这没啥选择,关键是后级,它决定输 出波形是方波还是正弦波.输出正弦波的后级需要SPWM技术,肯定很多人的第一想法是使用单片机.的确,使用单片机的好处不少:SPWM波精度高,输出正弦波波形好,稳压精度高,方便加入电压指示功能等,单片机确实非常适合工业量产.但是对于咱们玩家,可不是这样了.单片机不是人人可以掌握的,即便掌握,像我这种只会做电子钟红外遥控之类的初级玩家也很难写出好的SPWM程序.因此,我考虑了全硬件方案. 一、高频前级（原理分析） 在HIFI界，有一句话说前级出声后级出力，同样在逆变界，有前级出功率后级出波形之说。一个好的前级是多么的重要，是确保足够功率输出的保证。 这就是前级电路图啦~ 电路采用了光藕隔离反馈,工作在准闭环模式.轻载或者空载时,由于变压器漏感,输出可能超压,容易穿后级和电容.此时占空比减小输出降低,实测在空载时占空比很小很小,这大概是空载电流小的原因吧（空载电流神一般的~60mA~）. 当负载变大后,电路逐渐进入开环模式,以确保足够的电压和功率输出. 注：本图根据老矿石的作品修改 二、全硬件纯正弦后级（原理分析） 老寿老师很久之前就弄过全硬件了，他的方案有SG3525和lm393两种，前者简单，但是最大占空比低（母线电压利用率低），后者最大占空比理论上可以弄到100% （实际也很高）但是电路有点复杂，而且需要双电源供电。我把它们融合了一下，得到了自己的电路。 这是后级的框图 本电路优点: 1.电路极简单,可能为世界上最简单的分立SPWM电路 2.单电源宽电压供电(10V-30V) 3.输出最大占空比高,仿真时最大占空比已经接近100%.这将导致母线电压利用率高,母线电压340V就足够产生230V的工频正弦交流电. 4.隔离输出,受外围电路干扰少 本电路没有使用稳压反馈,故稳压功能全靠前级完成.前级一般由SG3525或者TL494组成,稳压功能不用可惜了. 看本图,由于使用了虚拟双电源,因此单电源供电即可,省略一个辅助电源变压器. 再看驱动板电路图(红圈里的内容是修改过的部分): 1.1逆变器功率器件的选择 目前，国内的光伏发电系统（PhotoVoltaic Sys-tem，简称PVS）主要是以直流系统为主，但最普遍的用电负载是交流负载，这使直流供电的光伏电源很难作为商品普及推广。同时，由于太阳能光伏并网发电可以不要蓄电池，且维护简单，而节省投资是光伏发电的发展趋势。这些都必须采用交流供电方式，因此逆变器在PVS中的应用也就越来越重要了。逆变器是将直流电变换为交流电的电力变换装置，逆变技术在电力电子技术中已较为成熟。例如：UPS电源中的逆变器，变频技术中的逆变技术、特种电源中的逆变技术和功率调节器中的逆变技术等，这些都已经以产品的形式推向市场，并受到社会的广泛认可。 在小容量、低压PVS中，功率器件多使用金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）。因其在低压时，具有较低的通态压降和较高的开关频率，但随MOSFET电压的升高，其通态电阻增大。因此，在大容量、高压PVS 中，一般使用绝缘栅晶体管（IGBT）作为功率器件；在100kVA以上特大容量的PVS中，一般采用门极可关断晶闸管（GTO）作为功率器件。PVS中的逆变驱动电路主要针对功率开关管的门极驱动。要得到好的PWM脉冲波形，驱动电路的设计很重要。近年来，随着微电子及集成电路技术的发展，陆续推出了许多多功能专用集成芯片，如： HIP4801,TLP520,IR2130,EXB841等，它们给应用电路的设计带来了极大的方便[1，2]。逆变电源中常用的控制电路主要是为驱动电路提供要求的逻辑和波形，如PWM，SPWM控制信号等。目前，较常用的芯片有国外生产的8XC196，MP16，PIC16C73 和国内生产的TMS320F206，TMS320F240 ，SG3525 等。 1.2 PVS 中逆变器的拓扑结构图 在使用蓄电池储能的太阳能PVS 中，蓄电池组的公称电压一般是12V，24V 或48V，因此，逆变电路一般都需进行升压来满足220V 常用交流负载的用电需求。逆变器可按升压原理的不同分为工频和高频两种逆变器，应用中它们的性能差别很大。 (1)工频逆变器 图1示出采用工频变压器升压的逆变电路。它首先把直流电逆变成工频低压交流电；再通过工频变压器升压成220V，50Hz的交流电供负载使用。它的优点是结构简单，各种保护功能均可在较低电压下实现。因其逆变电源与负载之间存有工频变压器，故逆变器运行稳定、可靠、过负荷能力和抗冲击能力强，且能够抑制波形中的高次谐波成分。然而，工频变压器也存在笨重和价格高的问题，而且其效率也比较低。按目前水平制作的小型工频逆变器，其额定负荷效率一般不超过90%，同时因工频变压器在满负荷和轻负荷下运行时铁损基本不变，因而使其在轻负荷下运行的空载损耗较大，效率也较低。 (2)高频逆变器 图2示出采用高频变压器升压的逆变电路。它首先通过高频DC/DC 变换技术，将低压直流电逆变为高频低压交流电；然后经过高频变压器升压后，再经过高频整流滤波电路整流成通常均在300V以上的高压直流电；最后通过工频逆变电路得到220V工频交流电供负载使用。由于高频逆变器采用的是体积小，重量轻的高频磁芯材料，因而大大提高了电路的功率密度，从而使逆变电源的空载损耗很小，逆变效率得到提高。通常，用于中小型PVS 中的高频逆变器，其峰值转换效率能达90% 以上。 比较两种逆变器可知，高频逆变器的体积小，重量轻，效率高，空载负荷低，但不能接满负荷的感性负载，且过载能力差。 1.3 PVS 中逆变器输出波形 (1)方波逆变器 图3a 示出方波逆变器的输出电压波形。虽然方波逆变器具有结构简单，成本低等优点，但也存在效率较低，损耗多，谐波成分大，使用负载受限制等缺点。当负载为大功率电机负载或带有变压器的用电器负载时，因其负载的饱和磁通都是按正弦波的上升速率设计的，而方波的上升速度过快，因而造成其铁心饱和，负载会出现起动困难、铁心过热及发出噪声等问题。而且方波逆变器的效率远低于修正波和正弦波逆变器的效率，一般不到60% 。由于太阳能PVS的发电成本较高，因此在太阳能PVS 电系统的优点是结中，方波逆变器已经很少应用了。 (2)修正波逆变器 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/dc639888.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， 3000W 纯 正 弦 波DC-AC 逆 变 器 ■ 特性： ● 纯正弦波输出（THD ＜3%） ● 瞬间功率高达6000W ● 效率高达90% ● 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 BEP3000S 输出 额定功率(Typ.) 3000W 3000W 交流电压 220V 220V 频率 50HZ±0.5HZ 50HZ±0.5HZ 波形 额定电压下, 纯正弦波(THD<3%) 额定电压下, 纯正弦波(THD<3%) 输入 电池电压 12V 24V 电压范围(Typ.) 10V-15V 20V-30V 直流电流(Typ.) 276A 138A 空载损耗 ≤3.8A ≤2A 关机模式电流 ≤10mA ≤10mA 效率(Typ.) ≥90% ≥90% 电池类型 铅酸电池 铅酸电池 电池 输入 保护 保险片 40A*8 20A*8 电池低压警报 10.5V±0.5V 20V±1V 电池低压保护 9.5V±0.5V 19V±1V 电池高压保护 15.5V±0.5V 30V±1V 电池反接保护 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℃ 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 亮红色指示灯，取消短路后自动恢复正常 亮红色指示灯，取消短路后自动恢复正常 过负载(Typ.) ≥ 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 USB 输出电压 5V 输出电流 500mA 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：6.02Kg 毛重：7.41Kg 尺寸 529**180*142 mm(L*W*H) 包装 558*246*209 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。 正弦波逆变电源的设计 摘要 此正弦波逆变电源的设计，用10-14.5V的直流电作为输入电压，输出电压为36V，频率为50HZ，额定满载输出功率为50W的正弦波交流电。该正弦波逆变电源以TMS320芯片为控制核心，由Boost升压电路和全桥逆变电路构成系统主电路，逆变部分采用SPWM调节方式，利用闭环反馈调节控制输出电压。在控制电路上，以TMS320控制驱动电路，驱动DC/DC变换电路以及DC/AC 变换电路，TMS320还控制SPWM的计算和实时电压、电流采样运算；在保护上，电路具有欠压、过压、过流保护、输出短路自恢复和频率可调，以及输出电压可调等功能。其系统效率高，性能稳定，该电源很好的完成了各项指标，输出功率达到49.6HZ,THD为1.6%，逆变效率达到93%，欠压保护点8.9V,过压保护点16.2V；当欠压时，输出关闭。 关键词：正弦波； SPWM；升压；逆变器 Research on the single-phase sine wave inverter power Abstract This design of sine wave inverter, with 10 to 14.5V DC as the input voltage .The sine wave AC output voltage is 36V,the frequency is 50HZ, and its rated full load output power is 50W. The sine wave inverter is using TMS320 chip as the control core. Its system main circuit is consist of the Boost circuit and full-bridge inverter circuit,The inverter part adopts SPWM adjustment method, and use closed-loop feedback to control the output voltage .At the control circuit, with TMS320 to control drive circuit, driving DC / DC converter circuit and DC / AC converter circuit, TMS320 also controls SPWM computing and real-time voltage and current sampling operation. In the protection, the circuit has undervoltage, overvoltage, over-current protection, output short circuit self-recovery and frequency is adjustable, and the output voltage is adjustable functions. Its system has high efficiency and stable performance. the power finishes every indicators very well, the output power reaches 49.6HZ, THD reaches 1.6%, inverter efficiency reaches 93%, the undervoltage protection point reaches 8.9V, overvoltage point reaches 16.2V; when it is overvoltage, the output is off. Keywords:sine wave;SPWM；boost；inverter 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 花了近一个月的时间，制作了这台600W的正弦波逆变器，并将此台机器的制作过程和各位好友在此分享，谨此献给曾经和我一样的逆变器初学者，如您能有所收获，并举一反三，将是我此次分享的最大的收获。 该机具有以下特点： 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，我保证你制作成功，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，曾得到好友的提示帮助，特在此表示感谢。正弦波逆变电源设计
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