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摘要随着国民经济的高速发展和国内外能源供应的紧张，电能的开发和利用显得更为重要。
目前，国内外都在大力开发新能源，如太阳能发电、风力发电、潮汐发电等。
一般情况下，这些新型发电装置输出不稳定的直流电，不能直接提供给需要交流电的用户使用。
为此，需要将直流电变换成交流电，这就需要逆变技术的大力应用。
本文设计的单相PWM逆变电源属于交流电源，采用电压反馈控制，通过中断功率通量和调节占空比的方法来改变驱动电压脉冲宽度来调整和稳定输出电压。
其主电路构成采用的是Boost电路和全桥电路的组合。
本设计的核心是A VR 单片机，既能产生PWM波，控制升压电路和逆变电路，又能对系统进行实时监控，确保系统的稳定性。
本文详细的分析了该逆变电源的工作过程，并推导了重要公式。
最后对该逆变电源进行了软件仿真，验证了其可行性和有效性。
关键词：逆变器，脉冲宽度调制，场效应管AbstractWith the high-speed developing of national economy and the shortage supply of world electrical energy supplies, the development and utilization of electric power is more important. Now, there are a lot people try their best to develop the new energy, such as solar power, wind power and tidal power and so on. In general, these new power generation unit output is not stable of DC, and can't directly provide users alternating current. So, we need to transform DC to AC, this needs the application of the inverter technology.In this paper, the design single-phase PWM inverter power supply belong to the AC power, it adopt the voltage feedback control, It can adjust and stable output voltage through the interrupt power of empty and adjustment of the flux to transform the driving voltage pulse width. Its main circuits are the Boost circuit and the whole bridge circuit. The core of the design is the single chip microcomputer A VR, it can not only produce PWM waves which can control boost circuit and source inverter, but also real-timing monitor the system, to ensure the stability of the system.This paper makes a detailed analysis of the working process of the inverter power supply, and derived the important formulas. Finally the inverter power for the software simulation proves its feasibility and validity.Keywords：Inverter,PWM, MOSFET目录摘要 (I)ABSTRACT .............................................. I I 1 绪言1.1 课题背景 (1)1.2 课题研究的目的和意义 (1)1.3 国内外概况 (2)1.4 课题主要的研究工作 (4)2 系统设计方案的研究2.1 系统的控制特点与性能特点 (5)2.2 系统实现的基本原理 (5)2.3系统实现方案分析比较 (8)3单相PWM逆变电源的设计3.1系统组成 (13)3.2主电路设计 (13)3.3控制电路工作设计 (18)4 系统软件设计4.1系统软件设计目的 (27)4.2系统软件设计思路 (27)4.3系统软件仿真 (28)5 总结与展望 (29)致谢 (32)参考文献 (33)附录软件源代码........................... 错误！未定义书签。
单相桥式PWM逆变电路设计一、设计原理单相桥式PWM逆变电路由整流桥、滤波电路、逆变桥和控制电路组成。
整流桥将输入的交流电转换为直流电，滤波电路对直流电进行平滑处理，逆变桥将直流电转换为交流电输出，控制电路对逆变桥进行PWM控制，调节输出电压的幅值和频率。
二、设计方法1.选择逆变桥和整流桥元件：根据输出功率的要求选择合适的逆变桥和整流桥元件，常见的有MOSFET、IGBT和二极管等。
2.设计滤波电路：通过选择合适的电容和电感元件，设计滤波电路对直流电进行平滑处理。
常见的滤波电路有LC滤波电路和RC滤波电路，可以根据具体情况选择合适的滤波电路。
3.设计控制电路：控制电路是单相桥式PWM逆变电路的关键部分，通过控制电路对逆变桥进行PWM调制，实现对输出电压的控制。
常见的控制方法有脉宽调制（PWM）和脉振宽调制（PPWM），可以根据实际需求选择合适的控制方法。
4.稳定性分析和保护措施：在设计过程中需要考虑逆变电路的稳定性和保护措施。
通过稳定度分析和保护措施的选择，可以提高逆变电路的可靠性和安全性。
5.实验验证和调试：设计完成后需要进行实验验证和调试，对电路进行性能测试和参数调节，确保逆变电路的正常工作。
三、设计注意事项1.选择合适的元件：在设计过程中需要根据具体要求选择合适的元件，包括逆变桥、整流桥、滤波电路和控制电路等。
合理选择元件能够提高电路的性能和可靠性。
2.稳定性和保护措施：在设计过程中需要考虑逆变电路的稳定性和保护措施。
通过分析稳定性和选择保护措施，可以防止电路因过电流、过压等故障而损坏。
3.实验验证和调试：设计完成后需要进行实验验证和调试，对电路进行性能测试和参数调节，确保逆变电路的正常工作。
及时调试和修改电路中存在的问题，确保电路的性能满足设计要求。
四、总结单相桥式PWM逆变电路是一种常见的电力电子转换电路，设计涉及到逆变桥、整流桥、滤波电路和控制电路等方面。
通过选择合适的元件、稳定性分析和保护措施以及实验验证和调试，可以设计出性能优良、稳定可靠的逆变电路。
单相桥式pwm逆变电路的单元控制器设计一、引言- 现代电力技术的快速发展促进了逆变电路的广泛应用。
- 单相桥式PWM逆变电路作为一种常见的逆变器结构，具有较高的转换效率和可靠性。
- 单元控制器在单相桥式PWM逆变电路中起到至关重要的作用。
二、单相桥式PWM逆变电路的工作原理- 单相桥式PWM逆变电路是将直流电源变换为交流电源的一种电力转换装置。
- 它由四个开关管和一个逆变输出滤波器组成，通过对开关管的控制实现脉宽调制。
三、单元控制器的概述- 单元控制器是单相桥式PWM逆变电路中的关键部分，负责对开关管进行控制，从而实现输出电压的调节。
- 单元控制器通常由PWM波形发生器、电流比较器和逻辑控制单元组成。
四、单元控制器的设计要点1. PWM波形发生器的设计- PWM波形发生器用于产生脉宽调制信号，常见的设计方法有基于比较器的设计和基于计数器的设计。
- 在设计中需要考虑输出电压的稳定性、脉宽分辨率和噪声抑制等因素。
2. 电流比较器的设计- 电流比较器用于检测逆变输出电流与参考电流的差值，并将差值信号送回到控制器中。
- 设计中需要考虑比较精度、动态响应和抗干扰能力等因素。
3. 逻辑控制单元的设计- 逻辑控制单元负责根据电流比较器的输出信号控制开关管的通断。
- 设计中需要考虑工作模式切换、保护功能和通信接口等因素。
五、单元控制器的性能评估与改进- 完成单元控制器的设计后，需要进行性能评估，包括输出电压波形、功率损耗和效率等方面。
- 根据评估结果可以对单元控制器进行调整和改进，以提高逆变电路的整体性能。
六、应用实例- 单相桥式PWM逆变电路的单元控制器广泛应用于家庭电器、工业自动化和新能源等领域。
- 它可以实现直流电源到交流电源的转换，满足不同领域对电能的要求。
七、结论- 单相桥式PWM逆变电路的单元控制器设计对逆变电路的性能和可靠性有着重要的影响。
- 在设计中，需要充分考虑PWM波形发生器、电流比较器和逻辑控制单元的设计要点。
单相桥式PWM逆变电路实验报告1. 引言在现代电力系统中，逆变器是一种重要的电力电子设备。
逆变器可以将直流电能转换为交流电能，广泛应用于太阳能发电、风力发电、电动车等领域。
本实验旨在通过搭建单相桥式PWM逆变电路，深入了解逆变器的工作原理和性能。
2. 实验原理2.1 单相桥式PWM逆变电路单相桥式PWM逆变电路是一种常见的逆变器拓扑结构。
它由四个开关管和一个负载组成，如图1所示。
其中，开关管可以通过PWM信号控制开关状态，从而实现对输出电压的控制。
2.2 工作原理在单相桥式PWM逆变电路中，通过控制开关管的导通和截止，可以实现对输出电压的控制。
具体工作原理如下：1.当开关管S1和S4导通，S2和S3截止时，电流流经D1和D4，负载得到正半周电压。
2.当开关管S2和S3导通，S1和S4截止时，电流流经D2和D3，负载得到负半周电压。
3.通过调节开关管的导通时间比例，可以实现对输出电压的调节。
2.3 PWM调制技术PWM调制技术是实现对逆变器输出电压调节的关键。
PWM调制技术通过改变开关管的导通时间比例，将输入直流电压转换为一系列脉冲信号，从而实现对输出电压的控制。
常用的PWM调制技术有脉宽调制（PWM）和正弦PWM调制（SPWM）。
3. 实验步骤3.1 实验器材•单相桥式PWM逆变电路实验板•示波器•直流电源•变压器3.2 实验步骤1.搭建实验电路：根据实验板上的连接图，连接单相桥式PWM逆变电路。
2.调节直流电源：将直流电源的输出电压调节为逆变器的输入电压。
3.设置PWM信号：使用示波器生成PWM信号，并通过控制开关管的导通时间比例，调节输出电压的大小。
4.连接负载：将负载接到逆变器的输出端，观察负载的输出情况。
5.调节PWM信号：通过改变PWM信号的频率和占空比，进一步调节输出电压的稳定性和波形质量。
6.记录实验数据：记录不同PWM信号参数下的输出电压和负载情况。
4. 实验结果与分析4.1 输出电压调节根据实验步骤中的操作，我们可以通过调节PWM信号的占空比，实现对输出电压的调节。
PWM逆变电路及其控制方法PWM（Pulse Width Modulation）逆变电路是一种通过改变电压或电流波形的占空比来实现电能转换的技术。
它广泛应用于各种电源逆变器、交流电机驱动器、太阳能逆变器、UPS（不间断电源系统）等领域。
本文将介绍PWM逆变电路的基本原理、常见的控制方法以及应用实例。
PWM逆变电路的基本原理是通过将直流电压转换为交流电压，使得输出波形的频率和幅值可以根据需求进行调节。
其核心部件是逆变器，通常由开关元件（如功率开关管）和输出变压器组成。
逆变器通过快速开关开关闭合，产生一系列电压脉冲，然后经过输出变压器将直流电压转换为交流电压。
PWM逆变电路的控制方法有多种，常见的包括：固定频率脉宽调制（Fixed Frequency Pulse Width Modulation，FFPWM）、固定频率电压脉宽调制（Constant Frequency Voltage Pulse Width Modulation，CFVPWM）、固定频率电流脉宽调制（Constant Frequency Current Pulse Width Modulation，CFCPWM）以及多重脉冲脉宽调制（Multiple Pulse Width Modulation，MPWM）等。
固定频率脉宽调制是PWM逆变电路中最简单的控制方法之一，其特点是输出频率和开关频率固定，可以通过调节脉宽来实现输出波形的幅值控制。
固定频率电压脉宽调制在固定频率脉宽调制的基础上增加了电压控制环节，通过反馈控制使输出电压达到设定值。
固定频率电流脉宽调制则在固定频率脉宽调制的基础上增加了电流控制环节，通过反馈控制使输出电流达到设定值。
多重脉冲脉宽调制是在固定频率脉宽调制的基础上引入多个脉冲周期，通过交错控制来改善输出波形的谐波含量。
1.电力电子逆变器：将直流电能转换为交流电能。
通过控制PWM逆变电路的开关元件，可以实现交流电压的频率和幅值的调节，广泛应用于电力系统、电动机驱动器及电力调速系统等。
单相桥式PWM逆变电路设计介绍单相桥式PWM逆变电路的背景和重要性单相桥式PWM逆变电路是一种常见的电力电子技术应用，广泛用于交流电能转换为直流电能的场合。
由于其高效、可靠的特点，被广泛运用于电力系统中的UPS（不间断电源）、电机驱动和太阳能逆变器等领域。
在现代电力系统中，交流电能的应用日益增多，而很多电子设备却需要使用直流电能。
因此，采用桥式PWM逆变电路来实现交流电与直流电的转换是非常必要和重要的。
本文将详细讨论单相桥式PWM逆变电路的设计原理和关键技术。
首先，将介绍PWM技术的基本原理，并解释为什么选择桥式逆变器。
其次，将详细讲解桥式逆变器的工作原理和电路结构。
最后，将给出一种基于控制策略的桥式逆变器设计方案。
通过本文的研究，读者将能够深入了解单相桥式PWM逆变电路的设计原理和实践应用，为电力系统和电子设备的设计提供有益的参考。
单相桥式PWM逆变电路是一种常用的电力电子变换器。
它通过控制开关器件的开关周期和占空比，将直流电源转换为交流电源，实现电能的变换和调节。
该逆变电路的基本组成包括：单相桥式整流电路：它由四个可控开关器件组成，通常使用MOSFET或IGBT等器件，用于将交流电源转换为直流电源。
PWM调制电路：PWM调制电路通过控制开关器件的开关周期和工作占空比，可以实现输出电压的调节和波形控制。
滤波电路：滤波电路用于平滑输出电压，去除输出电压中的高频噪声和谐波。
输出变压器：输出变压器用于将逆变电路的输出电压变换为所需的电压等级。
单相桥式PWM逆变电路的工作原理是：首先，经过单相桥式整流电路的整流，将交流电源转换为直流电源；然后，通过PWM 调制电路控制开关器件的开关周期和工作占空比，将直流电源转换为交流电源；最后，经过滤波电路的处理，输出平滑的交流电压。
这样，单相桥式PWM逆变电路实现了将直流电源转换为交流电源的功能，可以广泛应用于电力电子变换器、逆变电源、变频调速等领域。
本文讨论了单相桥式PWM逆变电路的设计步骤和注意事项。
基于PWM的逆变电路分析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：个人收集整理 勿做商业用途逆变器的仿真与特性研究摘要：现在大量应用的逆变电路中,绝大部分都是PWM 型逆变电路。
为了对PWM 型逆变电路进行研究，首先建立了逆变器单极性控制所需的电路模型，采用IGBT 作为开关器件,并对单相桥式电压型逆变电路和PWM 控制电路的工作原理进行了分析，运用MATLAB 中的SIMULINK 对电路进行了仿真，给出了仿真波形，并运用MATLAB 提供的powergui 模块对仿真波形进行了FFT 分析（谐波分析）。
关键词：SPWM ；PWM ；逆变器；谐波；FFT 分析1 引言随着地球非可再生资源的枯竭日益以及人们对电力的日益依赖，逆变器在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色。
近年来，PWM 型逆变器的的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，并显示出其可以同时实现变频变压反抑制谐波的优越性，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位.PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
2 PWM 控制的基本原理PWM （Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要的波形.PWM 控制技术的重要理论基础是面积等效原理，即:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波.把正弦半波分成N 等分，就可以把正弦半波看成由N 个彼此相连的脉冲序列所组成的波形.如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等，就可得到下图b 所示的脉冲序列,这就是PWM 波形。
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院综合设计报告设计题目：单相桥式PWM逆变电路设计单位（二级学院）：自动化学院学生姓名：梁勇专业：电气工程与自动化班级：0830702学号：07350225指导教师：罗萍设计时间：２０１０年１０月重庆邮电大学自动化学院制目录一、课程设计任务 (2)二、SPWM逆变器的工作原理 (2)1.工作原理 (3)2.控制方式 (4)3.单片机电源与程序下载模块 (7)4.正弦脉宽调制的调制算法 (8)5.基于STC系列单片机的SPWM波形实现 (11)三、总结 (14)四、心得体会 (15)五、附录： (17)1.程序 (17)2.模拟电路图 (19)3.电路图 (22)摘要：单片机控制逆变电路，以逆变器为主要元件，稳压、稳频输出的电源保护设备。
采用面积等效的SPWM波，又单片机为主导，输出三角波和正弦波再由这两个波相叠加输出spwm波来控制逆变电路的触发，使其把直流编程频率可变的交流电关键字：单片机逆变电源正弦波脉冲触发单相桥式PWM逆变电路设计一、课程设计任务对单相桥式pwm逆变电路的主电路及控制电路进行设计，参数要求如下：直流电压为12 V，L=1mH，要求频率可调，输出为5V的正弦交流电。
设计要求：1.理论设计：了解掌握单相桥式PWM逆变电路的工作原理，设计单相桥式PWM逆变电路的主电路和控制电路。
包括：IGBT电流，电压额定的选择驱动电路的设计画出完整的主电路原理图和控制原理图列出主电路所用元器件的明细表二、SPWM逆变器的工作原理由于期望的逆变器输出是一个正弦电压波形，可以把一个正弦半波分作N 等分。
然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。
这样，由N个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形为正弦的半周等效。
同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。
这一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM波形。
单相桥式PWM逆变器的设计单相桥式PWM逆变器是一种常用的电力电子设备，它可以将直流电能转换为交流电能，并通过改变开关器件的开关频率和占空比来实现对输出波形的精确控制。
本文将重点介绍单相桥式PWM逆变器的设计原理、拓扑结构、工作原理以及在实际应用中所遇到的问题及其对策。
一、设计原理单相桥式PWM逆变器的设计基于电力电子技术和控制理论。
其原理是通过开关器件（如晶体管、IGBT等）控制直流侧电压的切换来实现交流输出的电压和频率的控制。
通过调整开关器件的开通和关断时间，可以控制输出波形的形状和振幅。
采用PWM控制策略可以提高输出电压的质量和变换效率。
二、拓扑结构三、工作原理单相桥式PWM逆变器的工作原理是通过控制开关器件的通断，将直流电压切换成一个周期内的脉冲电压，再通过滤波器将其转换为纯正弦交流电压。
在每个半周期内，开关器件的导通和关断时间通过PWM控制器控制，以实现对输出电压的控制。
PWM控制器会根据输入信号和控制策略生成一个PWM信号，通过调整占空比和频率来控制开关器件的工作状态。
四、问题及对策1.开关器件损耗问题：由于开关器件的通断过程会产生较大的功率损耗，需要根据负载情况选择合适的开关器件，并采取散热措施来降低温度。
2.滤波器设计问题：为了获得稳定的输出电压，滤波器的设计需要考虑逆变器的输出频率和负载情况，以提高输出电压的纯度和防止谐波。
3.控制策略问题：逆变器的控制策略需要根据负载类型和要求来选择，如开关频率和占空比调整方式等。
4.过电压和过电流保护问题：逆变器应该设置过电压和过电流保护装置，以防止故障引起的损坏和安全问题。
5.电磁干扰问题：逆变器的高频开关过程会产生电磁干扰，应采取屏蔽措施来降低干扰。
总结：单相桥式PWM逆变器的设计需要考虑拓扑结构、工作原理和控制策略等方面的问题。
通过合理的选择开关器件、滤波器设计、控制策略和保护措施，可以得到高质量、高效率的逆变器输出。
然而，设计过程中还需要考虑如开关器件损耗、滤波器的合理性、控制策略的优化和电磁干扰问题等，并采取相应的对策来解决这些问题，以保证逆变器的正常工作和高效率输出。
单相逆变电路的PWM控制设计与研究单相逆变电路是将直流电能转换为交流电能的一种电路，广泛应用于电力电子领域。
PWM（Pulse Width Modulation）控制是一种常见的电力电子控制技术，可以通过改变脉宽来控制输出电压或电流的大小。
本文将对单相逆变电路的PWM控制进行设计与研究。
首先，我们需要了解单相逆变电路的基本原理。
单相逆变电路由整流器、滤波器和逆变器三部分组成。
整流器将交流电转换为直流电，滤波器对直流电进行滤波平滑处理，然后逆变器将滤波后的直流电转换为交流电输出。
在PWM控制中，我们通过改变逆变器开关管的导通时间来控制输出电压的大小。
具体的控制策略可以采用多种方式，如单脉冲控制、多脉冲控制、正弦PWM控制等。
下面我们以正弦PWM控制为例进行设计和研究。
正弦PWM控制的基本原理是根据交流电的周期特性，在每个周期内将直流电分为多个小时间段，并根据所需输出电压的大小，决定每个小时间段中开关管的导通时间。
具体的步骤如下：1.确定输出电压的频率和幅值：根据实际需求，确定输出电压的频率和幅值。
2.将一个正弦周期分为N个小时间段：根据所需输出电压的频率，将一个正弦周期分为N个小时间段，每个小时间段的长度为Ts/N，Ts为正弦周期的长度。
3.确定每个小时间段的导通时间：根据所需输出电压的大小，确定每个小时间段中开关管的导通时间。
可以使用查表法、数学计算等方法来确定导通时间的大小。
4.通过控制开关管的导通时间来实现PWM控制：根据上一步确定的导通时间，在每个小时间段中控制开关管的导通和关断。
导通时间越长，输出电压的幅值越大；导通时间越短，输出电压的幅值越小。
5.根据PWM控制的结果进行反馈调节：根据PWM控制的结果，比较实际输出电压和所需输出电压的差异，通过反馈调节来控制PWM的导通时间，使得实际输出电压尽量接近所需输出电压。
以上就是单相逆变电路的PWM控制的基本设计和研究过程。
当然，实际的PWM控制会比以上步骤更加复杂，需要考虑到电路元件的参数、变化范围和非线性特性等因素，同时还要考虑到电路的稳定性和可靠性等方面的问题。
电力电子技术课程设计班级学号姓名电气工程及其自动化二零一五年一月目录1 绪论 (2)1.1 电力电子简介 (2)1.2 课程设计的目的与要求 (2)1.3 课程设计题目 (3)1.4 仿真软件的使用 (3)2 工作原理 (4)2.1 逆变电路原理 (4)2.1.1 电压型逆变电路 (4)2.1.2 电流型逆变电路 (6)2.2单相桥式PWM逆变电路的基本原理 (10)2.2.1 单极调制法 (11)2.2.2 双极调制法 (12)3 电路的设计过程 (13)3.1 逆变控制电路的设计 (13)3.2 正弦波输出变压变频电源调制方式 (14)3.2.1 正弦脉宽调制技术 (14)3.2.2单极性调制方式 (15)3.2.3 双极性调制方式 (15)3.2.4 单极性倍频调制方式 (15)3.3 3种调制方式下逆变器输出电压谐波分析 (16)4 仿真实验与结果 (17)4.1 单相桥式PWM逆变主电路原理图 (17)4.2 仿真所得波形 (17)5 仿真结果分析 (19)6 心得体会 (20)7 参考文献 (21)1 绪论1.1 电力电子简介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。
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。
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。
该调制方法的最大缺点是它的4个功率管都工作在较高频率(载波频率)，从而产生了较大的开关损耗，开关频率越高，损耗越大。
本次课程设计研究单相桥式PWM逆变电路，通过该电路实现逆变电源变压、变频输出。
1.2 课程设计的目的与要求1. 进一步熟悉和掌握电力电子原器件的特性；2. 进一步熟悉和掌握电力电子电路的拓扑结构和工作原理；3. 掌握电力电子电路设计的基本方法和技术，掌握有关电路参数的计算方法；4. 培养对电力电子电路的性能分析的能力；5. 培养撰写研究设计报告的能力。
通过对一个电力电子电路的初步设计，巩固已学的电力电子技术课程的理论知识，提高综合应用能力，为今后从事电力电子装置的设计工作打下基础。
1.3 课程设计题目PWM 控制的单相逆变电路的设计及其研究(PSPICE)1.4 仿真软件的使用在电力电子系统中，需要应用大功率开关器件，因此对工程技术人员来说对所设计的电路最好能通过计算机分析和仿真，不断修改和完善电路，这样做的好处可避免元器件损耗，节省费用，缩短设计周期，优化电路设计。
不过计算机分析和仿真只能作为一个工具，电路是否真正达到要求的性能指标，最终还必须通过实际试验来检验。
SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)诞生于加州 Berkeley 的研究小组（Dr. Laurence Nagel），经过国家实验室与科技公司的不断孵化，最终成为各种带有图形界面的互动仿真软件包，其中 OrCAD 是Cadence 公司的产品，是一种易于入门的元件级电路设计仿真软件，它能在 PC 机上工作。
特点是精度高，图形功能强，应用广。
2 工作原理2.1 逆变电路原理2.1.1 电压型逆变电路1 电压型逆变电路的特点：(1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。
(2)交流侧输出电压为矩形波，输出电流和相位因负载阻抗不同而不同。
(3)阻感负载时需提供无功功率。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。
2 单相全桥逆变电路的移相调压方式：共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。
两对桥臂交替导通180°。
输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。
改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。
阻感负载时，还可采用移相的方式来调节输出电压——移相调压。
V3的基极信号比V1落后θ（0＜θ＜180 °）。
V3、V4的栅极信号分别比V2、V1前移180°－θ。
输出电压是正负各为θ的脉冲。
改变θ就可调节输出电压。
故移相调压就是调节输出电压的脉宽。
3 带中心抽头变压器的逆变电路交替驱动两个IGBT ，经变压器耦合给负载加上矩形波交流电压。
两个二极管的作用也是提供无功能量的反馈通道。
Ud 和负载参数相同，变压器匝比为1：1：1时，uo 和io 波形及幅值与全桥逆变电路完全相同。
此电路与全桥电路的比较：1）比全桥电路少用一半开关器件。
2）器件承受的电压为2Ud ，比全桥电路高一倍。
3）必须有一个变压器 。
单相全桥逆变电路的移相调压方式u u u i ou o2.1.2 电流型逆变电路1电流型逆变电路主要特点：1)直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。
2)交流侧输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。
输出电压波形和相位因负载不同而不同。
3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。
电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。
换流方式有负载换流、强迫换流。
2 单相电流型逆变电路图4单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路此电路的工作原理如下：1）由四个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器，用来限制晶闸管开通时的di/dt。
2）工作方式为负载换相。
3）电容C和L、R构成并联谐振电路。
4）输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。
5）负载电路对基波呈现高阻抗而对谐波呈现低阻抗，故负载电压波形接近正弦波。
工作分析一个周期内有两个导通阶段和两个换流阶段。
图5 并联谐振式逆变电路工作波形3保证晶闸管的可靠关断及有关参数计算。
(1) 负载端加正向电压；(2)负载端加正向电压；两状态都可以列出一阶微分RLu iR dt di Lo ==+τ;0 OO OOOOO Ou G1,4uG2,3iTiouu ABVT2,VT1,)1(2)1(2t 022222111ττττC C T t T t o o o o C Co tt o o o o C o e REeI i I i T t T E u e R Ee I i I i T E u --------=≤≤-=-+=≤≤=；解得：初值）、时（；解得：初值）、时（稳态后电流连续)2();(1221Co o C o o T i I T i I ==且由以上可以推测21o o I I -=则)1()2(22112o 1o ττC C T T o Co e RE eI T i I I ---+===-推得：2o 221o -11I e e R E I CC T T =+-=--ττ带入数据解得稳态后电流初值为727.27116011-=+-⨯--e e 则计算得到稳定后一个周期内⎩⎨⎧≤≤-≤≤=02.001.060001.00600t t u o ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤--≤≤--=------02.001.0)1(60727.2701.00)1(60727.27-01.001.001.001.001.001.0t e e t e e i t t t t o 接着对ou 傅里叶分解进行谐波分析，因其是方波分解成......)5sin 513sin 31(sin 4+++t t t E ωωωπ 所以基波有效值为19.54021200=π电压谐波总畸变率为%343.4819.54019.540-60022u ==THD可以看出电压谐波分量很大，那么电流中也一定含有大量谐波。
所以电压型逆变电路结构简单，方便可靠。
但若想要在波形上与正弦电压得到更加接近，我们就可以考虑PWM控制逆变。
实际上如中频加热过程中，感应线圈参数随时间变化，必须使工作频率适应负载的变化而自动调整，这种控制方式称为自励方式；定工作频率的控制方式称为他励方式。
自励方式存在起动问题，解决方法：1）先用他励方式，系统开始工作后再转入自励方式；2）附加预充电起动电路，形成衰减振荡后，再转入自励。
2.2单相桥式PWM逆变电路的基本原理PWM调制电路图在采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
下面分析用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。
图2-1可以看到把半波分成N等份，就可以把正弦半波看成N个彼此相连的脉冲序列组成的波形，然后把脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使它们面积相等，就可以得到脉冲序列。
根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。
用PWM 波代替正弦半波 a ）正弦半波 b ）脉冲序列单相桥式PWM 逆变电路的控制方法有计算法与调制法两种。
但计算法所需时间长，即使采用规则采样法，计算能力不足时难以快速反应信号波，于是实际中多采用调制法，它的神奇之处在于自然采样法，只要有三角波这把量尺，自然的就为不同信号波“量身定做”它的脉冲序列。
2.2.1 单极调制法单极性PWM 控制方式波形负载为阻感负载时，工作时V 1和V 2通断互补，V 3和V 4通断也互补。
单极性PWM 控制方式（单相桥逆变）：在r u 和c u 的交点时刻控制IGBT 的通断， 波形见图2-2。
具体控制规则我们会在仿真时进一步说明，这里只要看上图就能了解。
2.2.2 双极调制法采用双极性方式时，在r u 的半个周期内，+三角载波不再是单极性，而是有正有负，所得的PWM 波也是有正有负。
在r u 的一个周期内，输出的PWM 波只有 d U 两种电平不像单极性控制时还有零电平。
在r u 的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。
即当r u >c u 时，1V 4V 导通，2V 3V 以关断，r u <c u ，1V 4V 关断，2V 3V 导通。
波图件图2-3。
