逆变电源的设计.doc

全国大学生电子设计竞赛 逆变电源的设计（题） 【组】 20年月日  第二部分控制电路，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。由此确定本次设计电路框图如图1所示。 图1 电路框图 1.2 电路设计元件计算与选用： 本次设计的单向正弦波逆变器中，最重要的就是高频开关IGBT的选用，根据电路设计的主要参数： （1）输入输出电压：输入（DC）+12V、输出220V（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 因此，管子电压直流DC12V经过半桥式逆变电路，加至逆变桥的电压U约为100V，考虑余量通常选用600V等级的IGBT管，通常模块结构的IGBT，其电压等级为600V、1200V、1700V三种。 管子的电流：由于IGBT管较多工作于脉冲调制状态，计算有效电流值较困难，器件的高频开关损耗又与工作频率和电路缓冲等结构有关。IGBT管标定的电流等级是集电极连续电流Ic，没有考虑重复开关的损耗，工程计算是以实际流过管子的最大峰值电流（瞬时过流电流不考虑)。以本设计为例，输出电流为100A，高频整流变压器电压比为5.3：1，变压器一次电流即IGBT管峰值电流约为1A/5.3=0.19A,考虑开关损耗选25A的管子。 1.3 逆变电路及换流原理介绍 与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路称为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变。在不加说时，逆变电路一般指无源逆变。逆变电路在生活中有很广泛的应用。 交流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路的转移，这称为换流。换流是实现逆变的基础。通过控制开关器件的开通和关断来控制电流通过支路，这是实现换流的基本原理。换流方式有多种，其中主要分为期间换流、电网换流、负载换流、和强迫换流四种方式。 1.4 电压型逆变电路的特点及主要类型 根据直流测电源的性质不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。 电压型逆变电路有以下特点： (1)直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。 (2)由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关，而交流侧输出电流波形和相位应为负载阻抗的情况不同而不同。 （3）当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管，又称为续流二极管。 逆变电路分为三相和单相两大类。其中，单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有：单相半桥和单相全桥电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。本设计采用单向逆变器。 2 逆变器单元电路设计 2.1 逆变电路的主电路设计 主电路图主要指的就是高频逆变电路，所采用的是电压型半桥式电路。其中包含有逆变电路、高频变压器、滤波环节。电压型逆变的特点是输出电压矩形波，输出电流近似正弦波。逆变器输出电压波形为交变矩形波，幅值均为1/2U，如图2所示。感性负载时，由于电流滞后电压，IGBT管需接反并二极管（模块内部已有），提供无功功率与续流如图2所示。实际工作时，由于IGBT管关断需要时间，在两管交替触发时刻会造成两管同时导通使直流电压电路，这是绝对不允许的。为此通过触发脉冲的脉宽调制控制是IGBT管导通时间小于1/2T，即出现两管均不导通的死区，通常控制脉宽占空比范围为0.85－0.9。在本次设计中，主要采用单相全桥式逆变电路作为设计的电路。 图2 单相全桥逆变电路主电路及升压结构图 2.2 驱动电路设计 2.2.1 MOSFET介绍 MOSFET是一种电压控制的单极性器件，它是由金属氧化物和半导体组成的场效应晶体管，所以也叫绝缘栅型场效应管。应用VMOSFET工艺，生产出了大功率的产效应管，并在逆变电路中得到广泛应用。功率场效应管简称VMOSFET,或VMOS，作为开关器件，其常态是阻断状态，即VMOS都是增强型MOSFET。MOSFET分为N沟道和P沟道两类。N沟道VMOS的导通电流的方向是从漏极D到源极S；P沟道MOS的导通方向是从源极S到漏极D。 VMOS管的工作原理是，源极S接零电位，漏极D接正电位，