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离网逆变器实验箱
实验指导书
2 目录
实验一、 逆变实验箱原理 .................................. 3
实验二、 工作电源测试实验 ................................ 8
实验三、 前级升压驱动实验 ............................... 10
实验四、 纯正弦波驱动实验 ............................... 15
实验五、 单相全桥驱动实验 ............................... 18
实验六、 逆变输出测试实验 ............................... 21
3 实验一、 逆变实验箱原理
【实验目的】
1、熟悉实验箱各个模块；
2、了解逆变原理。
【实验设备】
1、逆变器实验箱；
2、示波器；
3、万用表。
【实验准备】
以下几点是每次实验前所要注意的。
1、先用万用表测量蓄电池电压，电压为DC11V-13V。电压低时需要对蓄电池充电；
2、实验箱上逆变开关处于关状态；
3、连接实验箱外部电源，实验箱上4只电表开始显示；
【实验内容】
1、前级升压驱动板。如图1所示，共有10个脚，主要产生前级PWM驱动波和检测蓄电池电流等。
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图1升压驱动板
引脚1：温度保护
引脚2：蜂鸣器
引脚3：蓄电池电压
引脚5：电压反馈信号
引脚9、10：PWM输出
5 2、后级修正正弦板。如图2所示，共15脚，主要检测功率MOS管工作电流，控制功率管的输出，调节输出的波形等；
图2 后级修正正弦板
引脚1：电流反馈
引脚3、引脚5、引脚6、引脚8、引脚9、引脚10：单相全桥驱动
引脚15：电压反馈
3、后级正弦板电源电路。如图3所示，D110-D113为快速二极管整流用，E202为大容量电容滤波，U201为7812稳压块，提供12V电源，U202为7805稳压块，提供5V电源。
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图3 后级正弦板电源
4、单相全桥电路。如图4所示，V201为左上桥臂，V202为左下桥臂，V203为右上桥臂，V204为右下桥臂。
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图4 单相全桥电路
5、原理图
8 实验二、 工作电源测试实验
【实验目的】
1、了解逆变器工作电源供电方式；
2、理解不同模块供电方式的不同。
【实验设备】
1、逆变器实验箱；
2、示波器；
3、万用表。
【实验内容】
1、7800系列电源模块框图。
7800系列是我们常用的电源模块，输出电流500mA，输出电压有5、9、12V。其结构框图如下：
2、7800系列典型应用回路
7805，7812电路参照下图：
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3、逆变器前级驱动板供电采用蓄电池直接供电，其中逆变开关控制电池正与驱动板正极通断，这由于前级驱动板还具有低压检测、过温保护、蜂鸣器报警等功能，它的电压需要真实的蓄电池电压；
4、如图1所示，逆变器后级修正正弦板供电则源于变压器一输出组L10、L11，由于前级驱动板采用高频调制，所以经过高频变压器输出仍为高频PWM，所以使用快速恢复二极管FR107进行全波整流，并用高频低阻大容量电解电容滤波，保证电压稳定性，然后直接采用7812和7805 集成稳压块输出12V与5V。另外要注意，此处12V和5V是基于整流出的参考地，与蓄电池的负极是通过变压器隔离的，这样不仅有效地与保护电池，而且保证后级修正板的12V不会因为电池电压下降而受到影响，保护了修正板。
图1 修正正弦电路板供电电路
【测试与思考】
1、测量前级板电源电压，并与此时蓄电池电压对比；
2、测量后级稳压管7812的输出端波形，7812输出端电压与7805的输出电压，并将7812输出端电压与蓄电池电压比较。
10 实验三、 前级升压驱动实验
【实验目的】
1、了解逆变器升压驱动工作原理；
2、熟悉前级驱动板监测电压电流的方法。
【实验设备】
1、逆变器实验箱；
2、示波器；
3、万用表。
【实验内容】
1、KA7500简介
KA7500是一种固定频率脉宽调制电路，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式、半桥式、全桥式开关电源。主要特征特征有：
1）集成了全部的脉宽调制电路
2）片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）
3）内置误差放大器
4）内置5V参考基准电压源
5）可调整死区时间
6）内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力
7）推或拉两种输出方式
2、KA7500工作原理
KA7500是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：
输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。参见下图。
11 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0—3.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。
12 当比较器CT放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1和Q2的工作。若输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时，输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将Q1和Q2并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。
3、查看KA7500芯片资料，分析驱动板电路图。如图1所示，KA7500是一种固定频率脉宽调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻RT和一个电容CT进行调节,Fosc=1.1/(RT×CT),它包含了开关电源控制所需的全部功能。从板电路图可知，本驱动输出频率1.1/（2.7×103×4.7×10-9）约为87KHz,由E1、E2输出，并由三极管推挽输出到小板8脚（G1）、9脚（G2）。
图1 KA7500引脚图
4、分析电流电压检测电路。由驱动板电路图可知，电压电流均由电阻采样，由LM324芯片对变压器输出电压和蓄电池工作电流进行检测，驱动板5脚VBF实际检测的是变压器输出高压，即后级场管电压，高压由电阻限流，经PC817隔离，成比例将电压值转换为0-12V电压。对电池放电电流的检测则转为对电流流过电阻Rx产生的电压的测量，一路进入KA7500调节脉宽，另一路进LM324信号放大加比较。欠压时，2脚输出低电平，蜂鸣器报警，KA7500停止工作。电压电流的测量，驱动板具有了过载保护、负载短路保护。
5、驱动板其他引脚功能。1脚为温度检测，4脚风扇控制，其中本实验箱发热量小，未安装风扇，可通过加热温度传感器来测量4脚的高低电平。
13 【测试与思考】
1、降低蓄电池电压，并测量电压阈值，同时分析驱动板的哪些电阻跟电压的阈值有关，如何调整阈值大小；
2、逆变器全功率时估算RX上的功率，并分析此电阻参数与要求。
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15 实验四、 纯正弦波驱动实验
【实验目的】
1、了解正弦板DC-AC方法；
2、掌握IR2110工作原理。
【实验设备】
1、逆变器实验箱；
2、示波器；
3、万用表。
【实验内容】
1、逆变器纯正弦波驱动板需要12V与5V两个电源，分别采用7812和7805稳压，由于蓄电池电压正常变动在10V-14V,所以7812前端电源不能为电池供电，而是由变压器一路输出，逆变器工作时，此处电源能够提供足够的电压，从而使得正弦板电压更加稳定；
2、PIC16F716是一款带A/D转换器和增强型捕捉/比较/PWM的8位闪存单片机，采用RISC指令集。引脚如下图：
3、IR2110内部结构和特点
在功率变换装置中，其功率开关器件一般采用直接驱动和隔离驱动两种方式。隔离驱动又可分为电磁隔离和光电隔离两种。光电隔离具有体积小，结构简单等优点，但存在共模抑制能力差，传输速度慢的缺点。电磁隔离用脉冲变压器作为隔离元件，具有响应速度快，共模干扰抑制能力强，但是脉冲变压器体积大，笨重，加工复杂。美国IR公司生产的IR2110驱动器，兼有光耦隔离（体积小）和电磁隔离（速度快）的优点。
