基于全桥的正弦逆变控制器.doc

摘 要 本文将介绍一个全桥逆变器，其基本电路结构是由四个N沟道的MOS管和专门的MOS管驱动芯片IR2110组成的全桥电路。由于H桥电路属于高压大电流所以本文通过光耦实现对控制电路的隔离。通过单片机产生的PWM开关信号来控制H桥的上管，产生的SPWM调制信号来控制H桥的下管，然后通过LC滤波来实现DC到AC的转化。为了有稳定的正弦波输出本文还采用了电压反馈。 关键词：LNK304、SPWM、死区、浮地、DC-DC转化芯片。 一、引言 逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）。应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V交流的。通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成.广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等 。不过本文设计的是24V交流输出的逆变器。 二、项目背景及意义 生活中我们通常用到的用电设备都是由24V交流电源供电，况且电网只能提供220V的交流电，这时我们就需要由逆变器吧各种直流电源逆变为24V交流电源，为用电器供电，对于这个移动的社会在移动的状态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的24伏交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。 三、任务要求 （1）在交流供电U1=36VAC和直流供电U1=36VDC两种情况下，保证输出电压U2=24VAC，且保证其频率为50±1Hz，额定输出电流1A； （2）交流供电时，电源达到以下要求： 1）电压调整率：满载条件下，U1从29VAC增加至43VAC，U2变化不超过5%； 2）负载调整率：U1=36VAC、U2=24VAC，从空载到满载，U2变化不超过5%； 具有输出短路保护功能。 满载条件下，输出为正弦波，失真度不大于5%。 逆变器设计的总体框架图： 图一：总体框架图 四、逆变硬件电路的设计 （1）H桥 半桥逆变功率转换主电路与全桥电路的区别就是，用另外两只电容代替两个同样的开关管，即由 2 只开关管和电容组成逆变开关电路。从电路图上可以很方便的看出一点明显的区别，就是开关管的数量不同。半桥式电路的开关管数量少，成本也就相应的低。全桥式电路有4 只开关管，需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制两对开关管，那就难免导致驱动电路的复杂。半桥式电路由于只有两只管子，没有同时通断地问题，且其抗不平衡能力强，也就是说对 duty 的要求不是很高，所以驱动电路相对于全桥就简单很多。 半桥和全桥电路的适用场合也不相同。半桥式电路变压器原边电压为 ± 1/2 Vdc ，而全桥式电路变压器原边电压为 ± Vdc 。 P=V 原边 *I 输入 ，要想输出相同的功率，半桥式电路的输入电流就要是全桥式电路的 2 倍；换句话说，如果他们的开关电流一样，电源输入电压也相等，半桥式的输出功率将是全桥式的一半。因此，半桥式电路不适用于大功率的逆变电路。而且，由于其输入电压电流的不同，变压器的设计上也存在一定的区别，半桥式电路变压器原边线径要粗一些，全桥式电路的原边线圈匝数则要相对多一些。但由于考虑到半桥电路是根据2个相同的电容来实现对Vdc的分压，而实际中比较难实现完全相等的分压效果，所以本文还是采用了全桥电路。 全桥电路可以采用MOS管、三极管、IGBT组成。但是一般采用主要MOS管，与三极管相比MOS管只需要电压，而三极管必须需要一定的前级电流，这样会导致前级驱动电路的功耗加大，结构也更复杂。而MOS管与IGBT相比则又稍差点，主要是因为IGBT可以输出很大的电流，但是IGBT的价格比较贵，综合考虑本文采用了MOS管。 我们知道由MOS管组成的全桥电路有两种：四个N沟道的MOSFET、两个P沟道两个N沟道的MOSFET，具体如下图2,3。 图2：4N沟道H桥电路 图3：上管P沟道的H桥电路 第一种方案它的优点是价格比较便宜，而且N沟道输出的电流比P沟道要大很多。 但是从驱动电路来说，相比与上管为P沟道的MOS管要复杂的多，它需要浮地驱 动。而上管为P沟道的MOS管只需经过一个三极管就可以了，具体电路如图4。但 是由于设计要求需要1A的输出电流，所以本文采用了第一种方案。 图4：三极管驱动电路 （2）驱动电路 由于本文采用了4个N沟道构成的H桥主控电路，所以驱动电路用分立元件搭会比较的复杂所以本文采用了IR2110。IR2110是IR公司生产的大功率MOSFET和IGBT专用驱动集成电路，可以实现对MOSFET和IGBT的驱动，同时还具有快速完整的短路保护电路。IR211