《电力电子技术》课程设计报告书-1.5KVA逆变器设计汇.doc

摘要 本次设计的容量1.5kVA，频率为50Hz的逆变电源，在分析以IGBT为主要器件的逆变器基础上，给出了直流升压斩波电路和单相全桥逆变电路的工作原理。 在电路的设计中，运用了电流保护，电压保护。使电路中最终能够得到稳定的单相220V交流电供电，电路中主要是运用单片机的控制，电压过高或过低时逆变电源将停止工作，保护逆变电源；电压在正常范围内波动时，输出电压不变；当输出电流过大时，单片机将停止SPWM输出，保护电源的器件使负载正常运行。 关键词：IGBT；逆变器；斩波电路；SPWM 目录 1 概述 1 2 方案的论证 2 2.1 功率器件的选择 2 2.1.1 IGBT的结构特点和工作原理 2 2.1.2 IGBT的基本特性 3 2.1.3 IGBT的主要参数 6 2.1.4 IGBT驱动电路的基本要求 7 2.2 逆变电路的选择 7 2.2.1 逆变电路的介绍 7 2.2.2 单相电压型逆变电路 8 3 系统主电路设计 11 3.1 系统组成 11 3.2 系统的主电路图 12 3.3 系统的工作原理 12 3.4 主电路的设计 12 3.4.1 斩波器的设计 12 3.4.2电压型逆变电路 13 4 控制电路设计 15 4.1 控制电路的设计 15 4.1.1正弦脉宽调制波（SPWM）的产生原理 15 4.1.2 PWM控制芯片SG3525 16 4.1.3 STC12系列单片机的介绍 18 4.2 驱动电路的设计 21 4.2.1 EXB840功能介绍 21 4.2.2 驱动电路的设计 22 5 保护电路设计 23 5.1 过流保护回路设计 23 5.1.1 产生原因及危害 23 5.1.2 过流保护电路 23 5.1.3 短路保护电路 23 5.2 过压保护回路的设计 24 5.2.1 产生原因及危害 24 5.2.2 过压保护回路 24 5.2.3 工作原理 25 6 总结 26 参考文献 27 1.5KVA逆变器设计 1 概述 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 。主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电，因为它不存在电网中的电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的40－60％，不能带感性负载。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。针对上述缺点，近年来出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好。总括来说，正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。方波逆变器的制作采用简易的多谐振荡器。绝缘栅双极性晶体管 (Insulated Gate Bipolar TransistorIGBT)是功率MOSFET和双极型功率晶体管组合在一起的复合功率器件。它既具有MOSFET管的通/断速度快、输入阻抗高、驱动功率小、热稳定性好和驱动电路简单等优点，又具有大功率双极晶体管的容量大和阻断电压高的优点。从IGBT问世以来得到了广泛的应用，发展很快。特别是在开关和逆变电路中，它是被广泛应用的、理想的开关器件。 2.1.1 IGBT的结构特点和工作原理 图2-1 IGBT的内部结构、等效电路和电气符号 IGBT的内部结构、等效电路和电气符号如图2-1所示。图2-1（a）为IGBT的内部结构，与MOSFET比较，IGBT是在MOSFET的漏极下又增加了一个注入区，因而形成了一个大面积的PN结（）。这样使得IGBT导通时由注入区向N基区发射少子，从而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的流通能力。IGBT的等效电路如图2-1（b）所示。它是由MOSFET和双极型功率晶体管组成的达林顿结构，相当于一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。因此IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，它是一种场控器件，其开通和关断是由栅极和