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正弦波逆變電源范文第1篇

【關鍵詞】 車載逆變電源 逆變器 PIC單片機 單極性正弦脈寬調制（SPWM）

當前，隨著單片機技術的不斷發展，其在各種電器設備的設計之中也逐漸被廣泛應用。因為車載電器在汽車上的普遍使用，關于車載電源的需求日益增高。同時電源質量也成為各種電器設備質量的基礎和保障，因此在車載電器中對于PIC單片機的應用也隨之加大。

一、車載逆變電源概述

車載逆變電源主要的作用就是把DC12V的直流電轉變為AC220V的交流電，方便車上電器的使用。并且車載逆變器一共有兩類：一類是輸出電壓諧波含量較高，但是連續性不好的方波逆變器以及準正弦波逆變器，另一類是應用單極性正弦脈寬調制技術的純正正弦波逆變器，這種逆變器的負載適應范圍更寬。另外，在當前的技術水平下，單極性正弦脈寬調制技術主要有模擬以及數字這兩種產生方式，其中模擬的方式電路復雜，操控困難；數字的方式主要是利用了單片機，電路簡單可靠，靈活性大，運用廣泛。同時，PIC單片機具有速度快、功耗低以及良好的抗干擾性等特點，廣泛應用在車載逆變電源逆變器的設計之中。

二、關于單極性正弦脈寬調制技術的調制原理

從理論上分析，單極性正弦脈寬調制的方式主要有三種：單極性正弦脈寬調制、雙極性正弦脈寬調制以及單極性正弦脈寬倍頻調制。另外，因為PIC系列的單片機CCP模塊在進行單極性倍頻調制時具有一定的限制性而無法完成，所以，通常情況下關于PIC系列的單片機CCP模塊主要應用的調制方式為單極性正弦脈寬調制以及雙極性正弦脈寬調制這兩種方式。在逆變器的主電路拓撲結構中，在電路利用雙極性SPWM調制方式進行信號控制時，其兩兩相對的開關必須保持一致，同時兩路的開關信號呈現互補，這樣才能夠為單極性SPWM調制方式進行信號控制。

三、關于正弦波逆變器控制電路的硬件設計

雙極性SPWM調制驅動電路設計流程：其中，關于雙極性SPWM調制驅動電路之中的PIC單片機主要有兩個CCP單元，其中一個CCP單元輸出的PWM信號主要經過驅動芯片轉變為驅動信號；另一個CCP單元輸出的PWM信號主要經過反相器之后轉變為驅動信號，他們分別控制兩個開關，以實現其電路的正常控制。單極性SPWM調制驅動電路設計流程：其中，關于單極性SPWM調制驅動電路之中的PIC單片機主要有1個CCP單元，其中CCP單元輸出的PWM信號主要經過驅動芯片轉變為兩路互補的驅動信號；并且RC1能夠產生50Hz的方波，在經過驅動芯片之后同樣轉變為互補的驅動信號，同樣也是分別控制兩個開關，以實現其電路的正常控制。

四、關于正弦波逆變器控制軟件的設計

關于單片機初始化的設置。在進行PIC單片機實驗時，在單片機外連接20MHz的晶振，并且把指令周期設置為0.2μs，把SPWM波的開關頻率設置為20kHz。另外，對PIC單片機的每一個寄存器進行初始化設置：寄存器PR2主要決定了正弦波逆變器的開關周期，設定為PR2=0Xf9。控制寄存器T2CON在進行設定時，因為正弦波逆變器的開關頻率較高，導致了不同開關的周期不同，需要在每個周期之內進行PI計算以及PWM調整，因此關于控制寄存器T2CON要進行分頻設置為1：5，保證5個相同的正弦開關波能夠改變一次占空比。關于PORTC端口方向寄存器在進行設定時，保證TRISC的相應位為0，就是把其設置為輸出模式。

關于SPWM波的產生。通過PIC單片機，即可對SPWM波形產生。在實驗中，啟動PWM單元，單元的引腳開始輸出高電平，并且TMR2開始從0計數。如果TMR2>CCPRxL，輸出低電平；如果TMR2>PR2，TMR2復位并且系統進入另一個周期，單元的引腳開始重新輸出高電平。并且系統開始執行中斷程序。當中斷程序開始之后，系統采集半個周期電壓的平均值，結合PI計算出幅值，繼而結合正弦表得出下一個PWM的脈寬。并將其脈寬在寄存器CCPRxL中進行寫入。其中對于單極性SPWM調制平均值的有效控制方法為：在其中斷程序開始之后，就要先對半個工頻周期電壓的平均值進行收集，隨后通過PI計算將其幅值得到，依照正弦表，將其正弦脈寬值和幅值相乘，即可將其下一個PWM脈寬得到。

五、小結

綜上所述，現代逆變計數屬于一項綜合性的技術，在我國國民經濟發展的不同領域廣泛應用，其中，關于車載逆電源逆變器設計之中PIC單片機的應用，使得逆變技術有了飛速發展，便利了人們的生活。

參 考 文 獻

[1] 陳健，王懷杰，周文振. 基于PIC單片機的空間電壓矢量PWM控制方法研究[J]. 電子技術. 2011（02）：74-75

正弦波逆變電源范文第2篇

關鍵詞：電力專用逆變電源；不間斷；UPS

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）35-8172-02

逆變電源作為電力系統中提供電源的設備，為發電廠和變電所中的監控主機、備機、前置機、五防設備、通訊載波設備、視頻監控設備和遠動通訊設備提供不間斷電源，在發電廠、變電所中具有重要地位。當系統檢修或因故障臨時或突然停電時，具有與UPS同樣的功能，能夠不間斷為調度主站、集控站等提供廠站設備的實時監測信息，保證了數據的實時性、可靠性，為電力調度指揮提供了充分保證。在電力系統中是不可或缺的設備。

1 概述

本文所述的電力專用逆變電源采用16位微處理器和高可靠性的智能功率模塊。設備結合現代數字化設計理念，采用了人性化的設計，面板用液晶來循環顯示裝置的輸出電壓和電流，且設備在旁路運行、逆變運行、逆變故障和直流異常時皆有指示燈來指示運行狀態。電壓變換部分用變壓器隔離，具有響應速度快，抗沖擊能力強，逆變、市電自動轉換等特點，而且因為電源設計采用變壓器隔離措施，使直流輸入、交流輸出相互隔離，使設備的電能質量和可靠性得到有效提高。此外模塊采用智能設計，具有直流欠壓、過流、過溫保護及故障指示功能；電路的特殊設計，使得它的能量源直流電壓輸入無極性要求，避免因極性接錯而損壞設備的事情發生，為用戶提供了使用上的便利性。

2 技術參數

電力專用逆變電源可在環境溫度0℃至+45℃、相對濕度≤90%、大氣壓力86kPa ～106kPa的環境使用，同時要求周圍環境無強烈震動和沖擊、無強電磁場干擾、無嚴重塵埃、無引起爆炸的危險介質、導電顆粒和嚴重霉菌，以保證其運行可靠，使用壽命達到預期。它的輸入電源有兩種：直流電源和市電交流，且對直流電的輸入域度要求很寬。市電從旁路輸入，輸入電壓允許范圍 ：單相AC 220V±20% 。直流輸入電壓可以是220V或110V兩種，220V電壓輸入的模塊電壓允許范圍為187 V～275V，而110V電壓輸入的模塊電壓允許范圍為94V～138V。輸出額定容量可以是0.5kVA、1.0kVA、2.0kVA或根據用戶需求定制。交流輸出額定容量：0.5KVA 或1.0KVA 或2.0KVA 或根據用戶需求定制。輸出電壓：AC220V±5%，輸出頻率：50Hz±1%。具有較強的帶載能力，最高可達到9A以上，線性負載情況輸出波形失真率（THD）小于5%，負載變化由空載到滿載的動態響應也小于5%。

3 原理設計

電力專用逆變電源設備由輸入緩啟動單元，SPWM逆變單元，逆變、旁路切換單元，輸出濾波單元，內置監控單元構成。它集合了微機測控、變壓器技術于一體，具有精度高、響應快、可靠性好、無波形畸變等特點，可作為發電廠、變電站的專用UPS使用。它的直流輸入220V或110V經過緩啟動單元和濾波電路后，采用雙極性正弦波脈寬調制方式（SPWM）對逆變器進行控制，將平穩直流變換為脈寬調制輸出的交流，該交流基波頻率為所需要的電源輸出頻率。逆變器輸出的脈寬調制波經輸出LC濾波電路濾波，變壓器變壓隔離后，輸出所要求的正弦波交流電。SPWM脈寬調制電路根據電源和負載當直流母線電壓處于正常范圍時，經濾波、隔離后，經過逆變部分產生標準的220V正弦波電壓向負載供電。逆變器供電狀態時，輸出為穩壓、穩頻狀態。當逆變器故障或者直流系統故障時，將由逆變供電狀態轉向由旁路供電狀態，此時輸出為旁路輸出狀態，不穩壓、不穩頻。假如關掉后面板上的逆變輸出的船形電源開關，也將轉向由旁路供電的狀態。設計時設備還充分考慮了輸入輸出過載等的保護情況，具有較強的過載能力。逆變運行時，負載功率超過額定的105%時，延時90±3s后關斷逆變輸出，超過額定的120%時，延時10±2s后關斷逆變輸出，需關機才能復位。此時由旁路電源供電；輸出短路時，逆變電源輸出將自動關閉，需關機才能復位，此時由旁路電源供電；當輸入直流電壓低于180V或90V時，裝置的直流異常指示燈亮；當輸入直流電壓低于170V或85V時，逆變電源輸出將自動關閉，需關機才能復位，此時由旁路電源供電。逆變時在阻性負載的情況下工作效率大于80%。

設備的各種運行狀態在設計時都充分考慮到了，各種運行狀態都有明確的指示燈指示。當旁路運行燈點亮時，說明設備的輸出是由旁路電源輸出的。當逆變運行燈點亮時，說明設備的輸出為由逆變器輸出。當直流異常燈點亮時，說明設備的輸入直流電壓已經低于180V或90V，當直流電壓恢復至195V或98V時，該指示燈自動熄滅。當逆變故障燈點亮時，有以下幾種情況：

1） 逆變輸出短路時，該指示燈0.5s閃爍一次；

2） 逆變輸出過載時，該指示燈0.2s閃爍一次；

3） 逆變輸出過載保護后，該指示燈常亮。

為了能夠保證變電站運行人員實時監視到設備的運行狀態和運行參數，掌握設備的運行健康狀況，設備還設計了軟件通訊功能，它具有RS485A和RS485B兩個通訊口，采用通用的CDT或MODBUS規約來將設備的運行參數和運行狀態送到后臺，方便遠程監視和掌控。

4 結論

隨著我國電力系統的不斷發展，發電廠和變電站的建設越來越多，對設備的可靠性和實時性和不間斷性的要求越來越高，必然的對電力專用逆變電源的需求也不斷增多。隨著該設備功能的不斷完善和功能的增多，必將有廣闊的市場應用前景。

參考文獻：

正弦波逆變電源范文第3篇

【關鍵詞】16位單片機；三相逆變電源；諧波；可靠性；連續性

一、引言

隨著電力電子科學技術的發展，逆變器控制技術也越來越受到人們的矚目。傳統逆變器采用外環控制，只能實現輸出電壓有效值的恒定值控制，不能保證輸出電壓波形質量，并且在非線性負載條件下，輸出諧波含量大且波形嚴重失真。為實現供電設備穩態精度高，動態響應快的優良性能，現代逆變電源大多采用瞬時值反饋控制，解決了系統動態響應慢的問題。本文以20KVA三相逆變電源為例來說明。

二、原理及硬件

1.主要技術參數

1）輸出額定功率：20KVA

2）輸出額定電壓：380/220V±5%（三相四線）

3）輸出額定頻率：50±1%Hz

4）波形失真度（THD）：≤3%（非線性負載）

5）動態響應：≤5%（負載變化由空載到滿載）

6）負載功率因數：大于0.9

7）過載能力：120%，90秒

8）輸出電流峰值系數：3：1

9）效率：≥80%

10）三相負載不平衡能力：100%

2.主電路結構

如圖1所示，系統由三個單相逆變器組成，它們的輸出端按星型連接，各自獨立控制。

系統中采用二極管橋式整流電路。逆變器開關器件選用三菱公司的智能功率模塊IPM，它將功率開關器件IGBT和驅動電路集成在一起，使用時只需提供驅動電源和控制信號即可。IPM還具有過流、過熱等故障檢測電路，提高了逆變器的運行可靠性。系統的基本工作原理是：交流電經過整流濾波后，供給逆變橋。IPM在由單片機產生的驅動信號控制下，將直流電根據SPWM原理逆變成50Hz的交流電，同時使三個單相逆變器的輸出電壓相位差保持在120?，形成三相四線制交流電源，經濾波后供給負載。單片機對輸出電壓進行閉環控制，使輸出電壓和頻率穩定在給定值。

3.控制電路的組成

控制系統主要由單片機M30624FGAFP、信號采樣及處理電路、顯示回路、RS485通

訊接口及Gsm Modem組成。

M30624FGAGP是三菱公司推出的一款高性能16位單片機，該款單片機融合了基于寄存器型和基于存儲器型兩種結構的優點，從而能夠實現類似RISC的高速處理性能。它具有超低功耗、極強的抗干擾能力和很高的C語言編程效率等特點，片內集成了10位A/D轉換器、DMA控制器、異步通信通道、定時器等豐富的周邊功能電路模塊，內部還有20K的RAM，256K的Flash等，可做到總線不出芯片，具有極高的穩定性和極強的抗干擾性。而且通過對定時器A1、A2、A4和B2的聯合使用，可方便的獲得三相SPWM驅動信號波形。

在裝置內部安裝了Gsm Modem，它通過串行通訊接口與單片機交換信息，可及時的將系統的運行信息以手機短信的形式傳遞。由于GSM網絡基本復蓋全國，且傳輸穩定可靠，可隨時獲得運行信息。

4.保護功能

1）輸出過載保護：負載功率超過105%小于120%額定功率時，90秒鐘延時后將關斷輸出，需關機才能復位。

2）輸出短路保護：輸出短路或負載功率超過120%時，逆變電源輸出將立即自動關閉，需關機才能復位。

3）輸入欠壓告警：輸入交流電壓較低，導致整流后的電壓低于180VDC時，裝置的欠壓指示燈亮。

三、軟件設計

軟件設計是整個逆變控制的核心，它決定著逆變器的輸出特性。圖2示出系統程序流程框圖。

在主程序中，完成對輸出電壓、電流的采樣及三相電壓的相位控制，通過PI調節器來調整輸出電壓，完成顯示及與Gsm Modem通訊并控制其收發短信息的功能。

在TB2定時器中斷程序中，首先對逆變電流進行采樣，并判斷該電流或電流上升率是否超過限值，若超過則關閉SPWM脈沖，否則允許SPWM脈沖輸出，查表取脈沖正弦值，計算脈沖寬度，給TA1、TA2、TA4定時器賦值。

在工作過程中，單片機不斷地處理檢測反饋回來的信號，調整SPWM控制信號和控制系統的輸出狀態，以滿足系統的性能要求。為提高抗沖擊性負荷的能力，對逆變電流進行實時檢測，實現逐個脈沖限制，有效的提高了其抗沖擊性負荷的能力。

建立標準正弦波半個周波的數據表格（0～180?），每隔1.8?左右一個數據，共96個數據（載波頻率9.6KHz）。負半周可重復采用該表格，即一個周波（0～360?）的正弦波數據表格共有192個數據。利用查表法求得每一時刻的脈沖寬度。

利用M30624FCAFP的三相馬達控制功能，通過控制定時器A1、A2、A4和定時器B2，產生三相正弦脈寬調制（SPWM）波形。

令M30624FCAFP的三相PWM控制寄存器（INVC0）工作在三角波調制方式，則SPWM波形占空比的瞬態值用下面的公式計算：

U_PHASE=WGCP_REF±（M*SIN_VALUE）/156

其中：

WGCP_REF-相中間點對應的占空比值；

M-調制深度系數；取值范圍1～0FFH；

SIN_VALUE-正弦函數數據表對應的數據，取值范圍0～0FFH。0～180?范圍內等

式左邊取“+”號，180～360?范圍內等式左邊取“-”號。

三角波調制方式波形的形成示意圖如圖3所示。

四、結論

介紹了基于單片機控制的三相全橋逆變器的原理及系統流程。整個系統硬件設計簡單，可靠性高，軟件調節控制反饋是系統核心，通過精確的調節能使系統更穩定可靠運行。適用于很多場合，今后在電力電子市場上會得到廣泛的應用。

參考文獻

[1]沙占友，等.新型單片開關電源的設計與應用[M].北京：電子工業出版社，2001，6.

[2]王兆安，劉進軍.電力電子技術（第5版）[M].北京：機械工業出版社，2009，5（2010.1重印）.

[3]阮新波，嚴仰光.脈寬調制DC/DC全橋變換器的軟開關技術[M].北京：科學出版社，1999.

正弦波逆變電源范文第4篇

【關鍵詞】多電平逆變器;級聯;載波相移;SPWM

Abstract：Multilevel converters has drawn tremendous intetest because of its’ good qualities .At present diode-clamp and flying-capacitors multilevel converters need many diodes and capacitors， so its’ structure is very complex.In this paper a cascade inverter with isolated DC sources is introduced， this kind of converter has a simple structure and is easy to control and has a perfect output ，then carrier phase-shifted SPWM control strategy is analysed and the harmonious cancellation theory of this kind of control strategy is studied in detail.In the end the validity of this project is verified by simulation and experimental results.

Key words：Multilevel Inverter;Cascade;Carrier Phase-Shifted SPWM

引言

近年來隨著恒壓、恒頻逆變電源在UPS、車載、船載的獨立電源系統中應用不斷增多，用戶對逆變電源的容量和輸出波形的要求也不斷提高。而傳統的逆變器要把容量做大，則對開關器件的要求較高，如：要承受高的電壓應力，能夠通過大的負載電流。目前只有采用可控硅（SCR，GTO）這些開關速度低的器件才能滿足要求，而這導致逆變橋輸出波形的低次諧波的含量大，輸出濾波器變得笨重。

針對以上矛盾，多電平逆變拓撲[1][2]很好的解決了以上問題，目前的多電平逆變拓撲主要有以下幾種：二極管箝位多電平逆變器[3][4]，飛跨電容型多電平逆變器[5]，級聯型多電平逆變器[6]。二極管箝位的多電平逆變器隨著電平數目M的上升其所需的箝位二極管個數n也會迅速增大，具體關系為：n=（M-1）（M-3）/2，所以在實際應用中M往往被限制在9以下。飛跨電容多電平逆變器隨著M變化所需飛跨電容的數目為：n=（M-1）（M-3）/4，所以也存在隨著M增大，需要飛跨電容的數目太多缺點，同時控制比較復雜，工作時要求較高的開關頻率以利于電容間的均壓。

可見以上兩種多電平拓撲應用中都存在器件繁多、控制復雜以及電平數目被限制在較小的范圍等問題。而帶隔離直流電源的級聯型逆變器（如圖1所示）則有效的解決了這些問題，而且容易實現模板化，給實際調試，維護帶來極大的方便。

圖1 級聯型多電平逆變器

1.級聯型逆變器的調制方案及諧波分析

級聯逆變器采用載波相移的正弦脈寬調制技術（CPS-SPWM）[2]，所謂CPS-SPWM即級聯的各個橋都采用相同的正弦脈寬調制（SPWM）方式，只是每個橋的載波之間依次相移=Tc/N，Tc為載波周期，N為級聯的橋的數目。

圖2 單相橋模型

圖3 級聯逆變橋仿真輸出波形

圖4 輸出波形的頻譜分析

實際應用中每個橋都是用倍頻SPWM調制方式，也就是用兩個頻率、幅值相同，相位相反的正弦波和載波三角波交截產生兩個控制信號，分別加在橋的兩個上管（如圖2所示）Q1，Q3，下管和上管互補導通，使得單個的橋臂輸出單極性SPWM波形，且脈動頻率為載波頻率的兩倍，所以每個橋的等效載波頻率為2fc，那么橋的載波之間依次相移角度為=Tc/2N。

下面對采用CPS-SPWM調制方式的級聯型逆變橋上輸出波形進行諧波分析，首先對單個逆變橋輸出波形分析，表達式（1）和（2）分別表示橋臂中點對直流電源中點的電壓傅立葉分析：

（1）

（2）

式中E'=E/2，m'為相對載波的諧波次數，k'f為頻率調制比。所以單相全橋輸出波形的諧波表達式如下：

（3）

由上式可知，m'只能為偶數，n只能為奇數：

（4）

現在有N個橋級聯，各個橋的控制信號相移=Tc/2N，輸出波形分析如下：

（） （5）

所以級聯后的輸出為：

（6）

從上式可知由N個具有獨立直流源倍頻SPWM單相全橋級聯時，輸出電壓中將得到2N+1個電平，輸出電壓中Nkf±1次以下的諧波都被消除。而一般的階梯波疊加只能消除2N+1次以下的諧波，單獨的倍頻SPWM可以消除kf±1次以下諧波，由此可見CPS-SPWM的調制方式要比直接的階梯波疊加和單獨的SPWM具有更好的消除諧波的特性，特別是當N，kf較大時，只要加很小的濾波器，輸出波形就可以達到完美無諧波的程度。

2.仿真分析

運用MATLAB中simulink軟件包對CPS-SPWM調制方式的級聯型逆變橋進行仿真，級聯四個單相全橋，且每個橋輸入的直流電壓為30V，參考正弦波的頻率為400Hz，載波頻率為6kHz，頻率調制比為15，幅度調制比為0.84。輸出電壓波形及其頻譜分析如圖3，圖4所示。

圖5 四個橋的輸出電壓波形及頻譜分析

3.實驗結果

根據以上原理分析和仿真，制作了一臺9電平CPS-SPWM調制的單相級聯逆變器，輸入直流電壓，正弦波載波頻率同仿真中參數。每個通道輸出電壓波形、級聯后的9電平電壓和通過低通濾波器后的波形以及頻譜分析如圖5-7所示。

實驗中看出每個橋輸出SPWM波形及頻譜分布完全一致，實際相互間差一個相移角α，通過級聯輸出后電壓波形已經很接近正弦波，且本來單個橋輸出波形的29次，59次左右的諧波都被消除，而實際還存在諧波都集中在110次以上，因此輸出濾波變得很容易，只要一個很小的濾波參數就可以獲得滿意濾波效果，此處的濾波參數：濾波電感，電容。這和前面的理論分析以及仿真結果基本一致，證明了本方案的可行性和優越性。

圖6 逆變橋輸出電壓及其頻譜分析

圖7 輸出電壓通過濾波器后的波形和頻譜分析

4.結論

（1）實現同樣的電平數，級聯型逆變拓撲和其它兩種多點平拓撲相比所需要的器件最小，而且控制相對簡單。

（2）CPS-SPWM控制的級聯逆變器在較低開關頻率下能夠獲得良好的諧波特性，也就是通過級聯實現了開關頻率的倍頻效果。

（3）由于級聯的特性級聯型逆變器可以方便的實現高壓大功率輸出，解決了開關管串聯均壓的問題。而且由于逆變橋器件的參數、控制方案的一致性，可以實現逆變器的模板化結構。

參考文獻

[1]Jih-Sheng Lai and Fang Zheng Peng，“Multilevel Converters―A New Breed of Power Converters”IEEE TRANSACTION ON INDUSTRY APPLICATIONS.VOL.32.NO.3.MAY/JUNE pp509-517 1996

[2]José Rodríguez; Steffen Bernet; Bin Wu etc.Multilevel Voltage-Source-Converter Topologies for Industrial Medium-Voltage Drives.IEEE Trans.on Industry Electronics， volume 54， issue 6， Dec.2007， pp.2930-2945.

[3]D.Soto， T.C.Green.A comparison of high-power converter topologies for the implementation of FACTS controllers.IEEE Trans.on Industrial Electronics， volume 49， issue 5， Oct.2002， pp.1072-1080.

正弦波逆變電源范文第5篇

關鍵詞：全橋逆變;IR2110;EG8010; 工頻;純正弦

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

1 引言

本文介紹了一種純正弦波逆變器的設計，主要包括兩部分電路，一是逆變控制電路，另一個是檢測保護電路。逆變控制電路主要包括：正弦波產生電路,驅動電路,逆變電路等；檢測保護電路主要包括：電壓、電流檢測電路，過電流保護電路，故障報警電路、溫度檢測電路等。在主電路中，正弦波產生電路主要采用芯片EG8010；驅動電路采用芯片IR2110；逆變電路主要采用全橋逆變。最后對該逆變電源進行了測試，驗證了其有效性與可行性。

2.系統設計

2.1設計要求

設計并制作光伏并網單相正弦波逆變器，輸入DC12V，輸出AC220V、50HZ。功率大于100W，效率不小于85％，具有過流保護、過壓保護、過溫保護等保護功能，顯示輸出電壓、電流、溫度等參數。

2.2總體設計方案

2.2.1設計思路

根據題目設計要求，本設計采用全橋逆變，逆變部分采用驅動芯片IR2110進行全橋逆變，采用EG8010輸出標準的50Hz正弦波，作為IR2110的控制信號，后級輸出采用工頻變壓器進行升壓[1]。

2.2.2 系統組成框圖

2.2.3 框圖介紹

本設計利用逆變芯片EG8010產生相位差為90°的雙路正弦波控制信號，由于EG8010不能直接驅動MOS管，所以在EG8010后面接2片IR2110驅動MOS管，從而控制IRF640組成的逆變橋工作，將直流12V電轉換成交流12V電，再經過工頻變壓器升壓后產生220V、50Hz的交流電，經過濾波整形電路的濾波整形，形成正弦波220V、50Hz交流電，作為該逆變器的輸出。輸出信號經電壓、電流、溫度檢測電路取樣檢測，將檢測信號反饋給EG8010，驅動故障報警電路，對整個電路進行保護[2]。最后EG8010將檢測的電壓值等信息顯示在液晶顯示上。

3. 電路設計

3.1 控制芯片選擇

本設計采用EG8010作為控制芯片。EG8010 是一款功能很完善的、數字化的自帶死區控制的正弦波逆變器專用芯片，應用于DC-DC-AC 兩級功率變換架構或DC-AC 單級工頻變壓器升壓變換架構，外接12MHz 晶振，能實現高精度、失真和諧波都很小的純正弦波50Hz 或60Hz 逆變器專用芯片。

4. 逆變橋驅動電路

4.1 驅動芯片選擇

本設計采用集成芯片IR2110作為驅動芯片；優點是IR2110芯片的體積小、驅動能力強、控制方便、電能利用效率高等，尤其是采用R2110芯片能夠極大的減少驅動電源的個數（僅需1個），充分簡化了驅動電路的設計。

IR2110內部功能由三部分組成：邏輯輸入；電平平移和輸出保護。如上所述IR2110的特點，可以為電源的設計帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源設計，可以極大的減少驅動電源的數目，即只用一組電源即可實現對上下端的控制。

5. 逆變橋選擇

本設計采用了單相全橋式逆變橋。如下圖所示，采用四個MOS管組成全橋式主電路，四路控制信號分別接G1和G2端、G3和G4端。該電路輸出電流較大，且電路的功耗較小[8]。

MOS管選用TO-220封裝的IRF640，其特點是：漏極電流最大值:18A；電壓最大:200V；功耗:150W；閾值電壓:4V[8]。

6. 變壓電路的設計

6.1概述

經過逆變后出來的是低壓交流，需要將其進行變壓，使其輸出為交流220V/50HZ[7]。

6.2器件的選擇

（1）變壓器的選擇

在全橋逆變電路中，輸出交流電壓的幅值Um與Ud的關系為

Um=Ud(5-1)

把幅值為Ud的矩形波展開傅里葉級數得：

(5-2)

其基波的幅值和基波有效值

(5-3)

(5-4）

變壓器的匝數比為：

(5-5)

即，應選擇的初級匝數為12，次級匝數為110。

因此，應選擇12V/220V的交流變壓器，該變壓器實現電壓由12V交流電壓轉變為220V交流電壓。此交流電壓經過整流濾波電路轉變成220V高壓直流電壓。變壓器T的工作頻率為50Hz左右。其初級線圈匝數為12，次級線圈匝數為110[5]。

7. 整流濾波電路的設計

整流電路采用半波整流；濾波電路采用了LC濾波電路。

考慮到LC電路諧振時濾波效果好，根據公式:

（6-1）

其中，f=50HZ,為了較好地穩定電流，選擇L=2mH，計算出電容值C=200uF，考慮到電容型號，在此選擇C=220uF的電解電容[6]。

8.保護電路

8.1電壓保護電路

為防止過高或過低的輸出電壓供應到負載，EG8010內部設定了過壓欠壓保護功能，過壓保護設定值3.15V，延時時間為300ms，欠壓保護設定值2.75V，延時時間為3S，當發生過壓或欠壓保護時，EG8010根據管腳（9）PWMTYP的設置狀態將輸出SPWMOUT1-SPWMOUT4到“0”或“1”電平，關閉所有功率MOSFET，使輸出電壓到低電平，一旦進入過壓或欠壓保護后，EG8010將在8S后釋放重新打開功率MOSFET管再判斷輸出電壓情況[5]。

8.2過流保護電路的設計

過流保護電路如圖所示，其中100k的電阻用來限流，通過電壓比較器LM311對電流互感器采樣轉化來的電壓進行比較，LM311的3腳接一個10k電位器來比較基準電壓，LM311的7腳輸出后接一個100Ω的電阻限流它并與后面的220µF的電容形成保護時間控制。輸出信號反饋到EG8010的IFB管腳，該管腳內部的基準峰值電壓 為0.5V，過流檢測延時時間為600ms，當某種原因導致負載電流超出逆變器的負載電流，EG8010根據引腳（9）PWMTYP的設置狀態將輸出SPWMOUT1-SPWMOUT4到“0”或“1”電平，關閉所有功率MOSFET，使輸出電壓到低電平，主要保護功率MOSFET和負載，進入過流保護后，EG8010將在16S后重新釋放打開功率MOSFET管再判斷負載過流情況，釋放打開功率MOS管的持續時間是100ms，釋放的100ms時間里再判斷過流時間[5]。

8.3溫度保護電路

通過NTC熱敏電阻和測量電阻組成一個簡單的分壓電路，分壓值隨著溫度值變化而變化，這個電壓的大小將反映出NTC電阻的大小從而反映相應的溫度值。NTC選用25攝氏度對應值10K的熱敏電阻，TFB引腳的過溫電壓設定在4.3V，當發生過溫保護時，EG8010根據引腳（9）PWMTYP的設置狀態將輸出SPWMOUT1~SPWMOUT4到“0”或“1”電平，關閉所有功率MOSFET，使輸出電壓為低電平，一旦進入過溫保護后，EG8010將重新判斷工作溫度，如果TFB引腳的電壓低于4.0V，EG8010將退出過溫保護，逆變器正常工作[4]。

9. 故障報警電路的設計

在該電路中，當整個電路發生任何故障時，都會使EG8010的引腳7為高電平，從而使該電路中的三極管導通，其集電極為低電平，使喇叭開始鳴叫，同時二極管發光，從而起到了對故障進行報警的作用[7]。

10. 液晶顯示模塊

本設計采用普通的128*32液晶，成本低，能很好的顯示電壓、電流、溫度、頻率四項參數。

11.系統測試

將示波器接到輸出端，可以觀察到標準的50Hz的正弦波波形，無明顯失真。效率測試實際測得如下數據：

表11.2效率測試結果

電壓（V） 電流(A) 功率(W)

輸入 12.00 6.86 82.32

輸出 218.50 0.35 76.56

可計算得。

輸出電壓測試結果：接入1K可調負載，輸出電壓可在222V到217V之間變化。

12 測試結果分析

經過測試后，題目的基本要求都已完成，各項指標完成較好。在輸出功率為76.56W的情況下，效率達到了93%。同時該電源還具有短路保護，電壓保護，過流保護等功能。

參考文獻

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[2] 康華光.電子技術基礎模擬部分第五版[M].北京:高等教育出版社,2006:54-521

[3] 秦曾煌.電工學第七版上冊[M].北京：高等教育出版社，2009:9-212

[4] 陳永真.全國大學生電子設計競賽硬件電路設計[M].北京：電子工業出版社，2009:213-251

[5] 高吉祥.全國大學生電子設計競賽模擬電子線路設計[M].北京：電子工業出版社，2004:1-146