基于集成觸發(fā)器的電源逆變器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(紅蘭)

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文題目： 基于集成觸發(fā)器的電源逆變器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系 別：電氣與電子工程系專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化姓 名：蔣 紅 蘭學(xué) 號(hào)：1214040209指導(dǎo)教師：張 艷 麗平頂山工學(xué)院2008 年 6 月 2 日摘要當(dāng)鐵路、冶金等行業(yè)的一些大功率非線性用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，將給電網(wǎng)注入大量的諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變。根據(jù)實(shí)踐檢測(cè)數(shù)據(jù)，在電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變時(shí)，電壓會(huì)出現(xiàn)正負(fù)半波不對(duì)稱，頻率也會(huì)發(fā)生變化。這樣的供電電壓波形，即使是一般的電力用戶也難以接受，更無法用其作為檢修，測(cè)試的電源。同時(shí)，在這種情況下，一般的穩(wěn)壓電源也難以達(dá)到滿意的穩(wěn)壓效果。本文設(shè)計(jì)的基于集成觸發(fā)器的逆變電源屬于交流電源

2、（AC-DC-AC逆變）。其主電路構(gòu)成采用的是Boost電路和IGBT全橋電路的組合?？刂齐娐凡捎昧?片集成脈寬調(diào)制電路芯片，一片用來產(chǎn)生PWM波，另一片與正弦函數(shù)發(fā)生芯片ICL8038做適當(dāng)?shù)倪B接來產(chǎn)生SPWM波。集成芯片比分立元器件控制電路具有更簡單，更可靠的特點(diǎn)和易于調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，以提高逆變電源工作的可靠性和性能指標(biāo)。關(guān)鍵詞：逆變器 正弦脈寬調(diào)制 IGBTAbstractWhen the railway,metallurgical industries of a number of noon-linear high-power electrical equipment operation,

3、the grid will inject a large number of harmonics,leading to voltage power grid waveform distortion.According practice of testing data,a distortion in the power grid voltage,the voltage will appear positive and negative half-wave asymmetry,the frequency will change.This supply voltage waveform,even i

4、f a general power user is diffcult to accept,can not be used more as a power for maintenance or test.In addition ,in such circumstances,the general power supply is also difficult to achieve satisfactory regulators results.In this paper,the design of integrated flip-flop on the power belongs to AC po

5、wer inverter(AC-DC-AC inverter).The main circuit is used Boost circuit and the combination of full-bridge circuit.Control circuit adopted the two PWM integrated circuit chips,one used to generate a PWM wave,another film with a sine function chip ICL8038 to make the appropriate connections to generat

6、e SPWM wave.Integrated chip lead legislature control circuit components of a more simple,more reliable and easy to debug the characteristics of the advantages to improve the reliability of the power inverter and performance indicators.Key words: Inverter SPWM IGBT35平頂山工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄第1章 概述11.1現(xiàn)代電源發(fā)展概況11.

7、2 本文所做的工作5第2章 逆變器的工作原理62.1 逆變器的分類62.2 橋式逆變器基本原理62.3 逆變器輸出電壓控制方法72.4 PWM波形的基本原理82.5 PWM型逆變電路的控制方式122.6 SPWM波形的生成方法12第3章 集成觸發(fā)器的電源逆變器的硬件部分設(shè)計(jì)143.1 系統(tǒng)組成143.2 構(gòu)成主電路的變換器介紹143.3 集成觸發(fā)器的電源逆變器的主電路193.4 集成觸發(fā)器的電源逆變器的控制電路22第4章 總結(jié)33致謝34參考文獻(xiàn)35附圖36第1章 概述1.1 現(xiàn)代電源發(fā)展概況現(xiàn)代電源技術(shù)是綜合應(yīng)用了電力電子、電子與電磁技術(shù)、自動(dòng)控制及微處理器技術(shù)的一種多學(xué)科技術(shù)。隨著電子電源

8、的集成化、模塊化、智能化的發(fā)展，功率集成技術(shù)己模糊了整機(jī)與器件的界限。單片電源和模塊電源已取代了整機(jī)電源在一些技術(shù)中獲得廣泛應(yīng)用，并且派生出新的供電體系分布供電，使單一的集中供電體系走向多元化。進(jìn)入80年代后，現(xiàn)代電源技術(shù)隨著IGBT、功率MOSFET、IPM、MCT等新元器件出現(xiàn)，諧振變流、軟開關(guān)、電路拓?fù)涞刃吕碚摰闹С?，功率因?shù)校正、并聯(lián)均流、有源箱位、微機(jī)監(jiān)控等技術(shù)的應(yīng)用，使現(xiàn)代電源技術(shù)逐漸走向高頻化。高頻化帶來的直接好處是使電源裝置空前小型化，并使電子電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域?，F(xiàn)代電源技術(shù)研究總趨勢(shì)是交流電源以PWM為主流，不斷提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)近似為1的電源，并向大功率推進(jìn)；

9、直流電源以開關(guān)方式為主流，擴(kuò)大輸出電壓范圍和穩(wěn)定的多路電壓控制；進(jìn)一步提高開關(guān)頻率和進(jìn)一步提高功率密度，提高可靠性，降低電磁干擾和增強(qiáng)抗干擾能力，并使電源模塊朝著超薄型和微型化發(fā)展。（1）交流穩(wěn)壓電源從交流電源的發(fā)展來看，我國到80年代前期，第一代交流電源主要是以穩(wěn)壓電源為主。第一代穩(wěn)壓電源的功能是穩(wěn)定交流輸出電壓和和頻率，這種電源主要用于市電不穩(wěn)定地區(qū)。從80年代后期，隨著各種電器及電子產(chǎn)品中裝備微處理器的品種逐漸增多，此類產(chǎn)品易于受到瞬間停電及電壓波形變化等的影響，造成動(dòng)作差錯(cuò)及數(shù)據(jù)丟失，從而對(duì)交流電源提出了更高的要求。為此，在八十年代以來，一種具有可任意改變輸出電壓及抗瞬間斷電功能，可以

10、模擬電源線上發(fā)生的異常狀態(tài)，采用線性放大器方式的第二代交流電源問世。這種電源改用微處理器替代原來的簡單的控制電路，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理作業(yè)。進(jìn)入九十年代以后，絕大部分的電氣設(shè)備都裝備了微處理器及變換電路，而且，為了在設(shè)備內(nèi)部將交流輸入變換為直流，都備有電容輸入型整流電路，使得輸入電流波形產(chǎn)生很大的失真。這種線路阻抗成為導(dǎo)致市場(chǎng)電源電壓波形畸變的主要原因，對(duì)于連接在同一網(wǎng)側(cè)的其它用電設(shè)備帶來惡劣影響。這種電源高次諧波的影響形成了社會(huì)公害。為了解決高次諧波問題，所采取的對(duì)策是使其它設(shè)備不再產(chǎn)生高次諧波。而交流電源設(shè)備，也相應(yīng)增添快速傅立葉變換等功能，強(qiáng)化其測(cè)試能力，并增強(qiáng)其智能水平。這

11、是第三代、第四代交流電源的發(fā)展方向。（2）UPS及交流凈化電源UPS電源是一種具有穩(wěn)壓純凈化和無間斷地向負(fù)載提供連續(xù)供電能力的優(yōu)質(zhì)交流電源，它擔(dān)負(fù)著向計(jì)算機(jī)等重要設(shè)備的供電任務(wù)。隨著計(jì)算機(jī)等設(shè)備的不斷發(fā)展和日益推廣普及，對(duì)UPS電源提出了越來越多的要求，不僅UPS要有很好的靜態(tài)穩(wěn)定性和很快的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，還對(duì)UPS的體積和重量提出了更高的要求。UPS電源一般采用SPWM技術(shù)，這種技術(shù)在傳統(tǒng)上采用平均值電壓反饋，在線性負(fù)載條件下，顯示出良好的性能。但對(duì)非線性負(fù)載引起的沖擊響應(yīng)較慢，而且控制環(huán)節(jié)增多使穩(wěn)定性設(shè)計(jì)產(chǎn)生困難。雖然可用瞬時(shí)值電壓反饋的SPWM技術(shù)來解決，但此種技術(shù)仍屬于周波內(nèi)響應(yīng)，非線性負(fù)載

12、的沖擊響應(yīng)仍然很慢。近幾年利用電流模式的SPWM控制技術(shù)，基本上能解決非線性負(fù)載的響應(yīng)很的缺點(diǎn)，使得UPS電源性能不斷提高。為了徹底解決現(xiàn)有UPS電源存在的不足和適應(yīng)各類用電設(shè)備的需求，數(shù)控交流穩(wěn)壓電源的研制將是今后的一個(gè)重要的方向。（3）工業(yè)電源的發(fā)展變頻電源。隨著交流調(diào)速的廣泛應(yīng)用，變頻電源顯得越來越重要。我國在中、小功率變頻電源的研制方面取得了一定的成就，但由于受到電子元器件的限制，在大功率變頻電源的研制和生產(chǎn)上還無法和國外發(fā)達(dá)國家相比。現(xiàn)國內(nèi)80%的變頻電源依賴進(jìn)口。電子焊接電源。近年來我國在電子控制的焊接電源研究方面取得了一定的成就，使得電子焊接電源從效率、節(jié)能和可控性能上都取得了滿

13、意的效果，電子焊機(jī)的體積、重量不斷減小。（4）直流開關(guān)電源隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，各類電氣設(shè)備對(duì)電源的要求越來越高，老式電源已不能滿足技術(shù)要求，隨之而來的開關(guān)電源己取代了老式電源。開關(guān)電源較老式直流電源具有體積小，功率密度高（單位體積輸出功率）等優(yōu)點(diǎn)。早期直流電源一般采用所謂降壓型串聯(lián)控制方式，這種方式的缺點(diǎn)是，輸出電壓下降幅度越大，則功率損耗越大，這些功率損耗變成熱量散發(fā)出來，需要使用較大的散熱片。為了消除這一缺點(diǎn)，后來采用了預(yù)調(diào)節(jié)方式。這種方式可以將施加到串聯(lián)控制元件上的電壓控制在其所需的最低限度以內(nèi)，從而大幅度減少串聯(lián)控制元件所消耗的功率。這種電源對(duì)減小電源的體積和提高可靠性起了很大作用。為

14、了進(jìn)一步減小電源體積和減輕重量，提高輸出的功率密度，從六十年代開始對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行研制，電路形式歷經(jīng)分立元件、通用集成電路到專用控制器和單片開關(guān)集成穩(wěn)壓器，性能價(jià)格比不斷提高。開關(guān)電源的控制方式傳統(tǒng)上分為脈沖寬度調(diào)制（PWM）式、脈沖頻率調(diào)制（PFM）式和混合調(diào)制式。其中PWM技術(shù)最為成熟。PWM型開關(guān)電源所使用的變換器均是在高壓大電流情況下強(qiáng)制關(guān)斷，隨著電子設(shè)備工作頻率的不斷提高，這種變換器在開關(guān)瞬間需耗大量功率，而且，電壓、電流在開關(guān)時(shí)尖峰過大，還需要在開關(guān)器件以及高頻變壓器兩端再加上尖峰吸收電路也消耗一定的功率，為此，現(xiàn)在PWM型電源最佳工作頻率在300kHz以下。如何提高開關(guān)電源的工作頻

15、率、降低諧波干擾和提高效率將成為以后開關(guān)電源研究的方向。（5）軟開關(guān)PWM功率變換器六十年代開始得到發(fā)展和應(yīng)用的PWM功率變換技術(shù)是一種硬開關(guān)技術(shù)。此種功率變換器的開關(guān)頻率不宜太高，否則開關(guān)損耗太大，變換效率大大降低。提高開關(guān)頻率是開關(guān)變換技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。隨著電力電子器件的不斷發(fā)展和應(yīng)用，電源技術(shù)朝著研究開發(fā)高頻軟開關(guān)技術(shù)方向發(fā)展。所謂“軟開關(guān)”是指零電壓開關(guān)（ZVS）或零電流開關(guān)（ZCS），它是應(yīng)用諧振原理，使開關(guān)變換器的器件電流（或電壓）按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化，當(dāng)電流自然過零時(shí)，使器件關(guān)斷;電壓過零時(shí)，使器件開通，從而使器件開關(guān)損耗為零，大大提高變換效率。在七十年代到八十年代中軟開

16、關(guān)技術(shù)主要以串（并）聯(lián)諧振技術(shù)和準(zhǔn)諧振、多諧振技術(shù)為主，它的特點(diǎn)是開關(guān)頻率恒定，所以當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變換時(shí)，為保持開關(guān)變換器輸出電壓基本不變，只要改變它的占空比，是一種恒頻率控制方式，比較簡單。它雖然用了軟開關(guān)技術(shù)，但是其輸出電壓和頻率有關(guān)，為保持輸出電壓在各種運(yùn)行條件下基本不變，必須調(diào)制頻率，即采用變頻控制?？刂品绞讲蝗鏟WM簡單。因此，八十年代后期和九十年代開發(fā)了能實(shí)現(xiàn)恒頻控制的軟開關(guān)技術(shù)，即ZCS（或ZVS）PWM變換技術(shù)。從而大大提高了電源變換效率，減小了開關(guān)損耗，使得開關(guān)頻率不斷提高。（6）分布電源技術(shù)的發(fā)展分布式電源是在集中式電源基礎(chǔ)上發(fā)展的一種系統(tǒng)供電形式，八十年代中期在國外數(shù)字

17、供電系統(tǒng)中首先使用，被認(rèn)為是數(shù)字系統(tǒng)供電的革新。分布電源是指在一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中的每一塊PCB板或模塊都有自己的靠近其負(fù)載點(diǎn)的DC/DC轉(zhuǎn)換器，分布式電源目前應(yīng)用最廣的是通訊、雷達(dá)等系統(tǒng)。分布式電源是將220V或380V的交流電經(jīng)過AC/DC轉(zhuǎn)換變成直流后，再經(jīng)DC/DC變換成低壓直流電源作為中間模塊，每塊負(fù)載板再按照所需要的電壓、電流等級(jí)選用合適的中間模塊。分布電源一般都采用高頻開關(guān)方法，它的效率、體積及抗干擾性與原來的集中式供電相比均有很大的提高，是今后通訊等設(shè)備供電系統(tǒng)的發(fā)展方向。（7）功率因數(shù)校正技術(shù)傳統(tǒng)的AC/DC變換技術(shù)易使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)降低和向電網(wǎng)注入諧波電流，產(chǎn)生電力公害。為了克服這

18、一問題，過去常采用一種被動(dòng)式解決方法，即根據(jù)電網(wǎng)的無功功率和諧波情況進(jìn)行補(bǔ)償，例如用無功補(bǔ)償器（SVC）、無功發(fā)生器（SVG）、無源電力濾波器、有源電力濾波器等。進(jìn)入七十年代后期，隨著電力電子器件的高性能化，拓?fù)潆娐返膭?chuàng)新，使得有源功率因數(shù)校正技術(shù)得以快速發(fā)展，除了能將電網(wǎng)中的無功功率和諧波進(jìn)行補(bǔ)償外，還將使電網(wǎng)進(jìn)入潮流可以靈活控制的新階段；特別是進(jìn)入八十年代，中等容量的有源電力濾波器，已成為用電單位電網(wǎng)入口處諧波綜合治理的一個(gè)重要部件。目前在大容量電源裝置中，實(shí)施功率因數(shù)校正技術(shù)已成為國際電力電子學(xué)界研究的熱門話題，特別是九十年代以來，有關(guān)這方面的研究文章不斷增加。限制用電設(shè)備從電網(wǎng)吸收無功

19、功率和諧波電流，進(jìn)一步促使功率因數(shù)校正技術(shù)向廣度和深度方向發(fā)展。應(yīng)該說，目前國內(nèi)在這方面的研究工作，特別是三相功率因數(shù)的校正技術(shù)，還處于研究、開發(fā)和完善過程中。隨著電力，通信等事業(yè)的飛速發(fā)展，交流電源的應(yīng)用越來越廣泛，于是性能穩(wěn)定，可靠性高的逆變器的作用越來越突出。但是隨著越來越多非線性負(fù)載的使用，供電質(zhì)量變得越來越差；而隨著各種用電設(shè)備或單元的數(shù)字化.信息化和多樣化發(fā)展，需要的電源種類.等級(jí)和質(zhì)量要求卻不斷提高。因此，更需要對(duì)電能進(jìn)行高質(zhì)量的變換。而逆變技術(shù)就是將直流電能變換成交流電能的技術(shù)，可以滿足現(xiàn)在很多產(chǎn)品和電氣設(shè)備的要求的不同電能形式。最重要的一點(diǎn)逆變技術(shù)是高效節(jié)能低耗技術(shù)，因此在世

20、界能源短缺的今天，逆變技術(shù)更顯其強(qiáng)大的生命力和不容置疑的發(fā)展前景。目前逆變技術(shù)正由傳統(tǒng)脈寬調(diào)制硬開關(guān)技術(shù)和頻率調(diào)制諧振技術(shù)轉(zhuǎn)向脈寬調(diào)制軟開關(guān)技術(shù)。上世紀(jì)50年代，隨著脈寬調(diào)制硬開關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)，揭開了逆變技術(shù)發(fā)展的序幕。許多國家就爭(zhēng)先致力于功率電子器件、磁性材料、控制集成芯片和電路拓?fù)涞确矫娴难芯俊Ｃ}寬調(diào)制硬開關(guān)技術(shù)經(jīng)過上世紀(jì)60年代的成長期、上世紀(jì)70年代的發(fā)展期和上世紀(jì)80年代的成熟期，迄今為止，已經(jīng)獲得了最廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)基于集成觸發(fā)的電源逆變器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中控制電路采用SPWM技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的研究有很大的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 本文所做的工作如前所述，自從70年代以來，電力電子技術(shù)取得到了飛速的發(fā)

21、展。然而各種電力電子設(shè)備和裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通、家庭中的廣泛應(yīng)用，會(huì)產(chǎn)生大量諧波。諧波所造成的危害已日益嚴(yán)重，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，嚴(yán)重時(shí)設(shè)備不能正常工作。在鐵路、冶金等行業(yè)尤為明顯。在這些行業(yè)，當(dāng)大功率非線性用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，會(huì)給電網(wǎng)注入大量的電力諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓嚴(yán)重失真。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)觀察，在嚴(yán)重失真時(shí)，電壓會(huì)出現(xiàn)正負(fù)半波不對(duì)稱、波形嚴(yán)重畸變，頻率也會(huì)發(fā)生變化。這樣的供電電壓，即使是一般的電力用戶，也難以接受，更無法用其作為檢修、測(cè)試的電源。同時(shí)，在這種情況下，一般普通的穩(wěn)壓電源也難以達(dá)到滿意的穩(wěn)壓效果。本文研制的逆變電源就是針對(duì)上述

22、場(chǎng)合而設(shè)計(jì)的。其主電路采用Boost電路（DCDC）和全橋式逆變電路（DCAC）的組合?？刂齐娐酚?片集成脈寬調(diào)制電路芯片SG3524，一片用來產(chǎn)生PWM波，另一片和正弦函數(shù)發(fā)生芯片ICL8038做適當(dāng)?shù)倪B接產(chǎn)生SPWM波，提高逆變電源工作的可靠性和性能指標(biāo)。第2章 逆變器的工作原理2.1 逆變器的分類逆變器的分類方法多種多樣，以下是幾種不同分類方法：（1）按照直流電源性質(zhì)，可分為電壓型逆變器和電流型逆變器兩大類。逆變電路的直流側(cè)是電壓源的，屬于電壓型逆變器。電壓型逆變器在直流側(cè)接有儲(chǔ)能電容器，用于穩(wěn)定直流電壓。直流側(cè)是電流源的屬于電流型逆變器。電流型逆變器在直流側(cè)接有儲(chǔ)能電感，用以穩(wěn)定直流電

23、流。（2）按照輸出相數(shù)，可分為單相逆變電路和三相逆變電路。（3）按照輸出波形，可分為正弦波逆變器和非正弦波逆變器。（4）按照電路結(jié)構(gòu)，可分為半橋式逆變電路、全橋式逆變電路和非橋式逆變電路。（5）按照使用的功率器件，可分為半控器件電路和全控器件電路。2.2橋式逆變器基本原理 圖21示出了橋式變換器的主電路。橋?qū)堑膬蓚€(gè)功率IGBT作為一組，每組同時(shí)接通或斷開。兩組開關(guān)輪流工作，在一個(gè)周期中的短時(shí)間內(nèi)，四個(gè)開關(guān)將處于斷開狀態(tài)。四個(gè)開關(guān)導(dǎo)通（或關(guān)斷）占空比值均相等。AC交流輸出VDC+T1T4T2T3D1D2D3D4圖21 橋式變換器的主電路圖在給T1、T3加觸發(fā)脈沖，這兩個(gè)IGBT管導(dǎo)通，電流流過

24、T1的集電極，經(jīng)過輸出濾波電路回到T3的集電極。當(dāng)T2、T4加觸發(fā)脈沖時(shí)，此時(shí)T1、T3的觸發(fā)脈沖消失，T2、T4這兩個(gè)IGBT管導(dǎo)通，但不能立即導(dǎo)通，先經(jīng)過D2 、D4續(xù)流，等電流下降到零時(shí)再開始導(dǎo)通。另外，這四個(gè)二極管還有限制過電壓的作用。改變驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率，即可改變兩組橋臂上的功率開關(guān)T1T4開關(guān)變換頻率，直流電變換為交流電，完成了DCAC變換。2.3 逆變器輸出電壓控制方法在各種逆變電路在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)負(fù)載的特性的不同，除要求頻率可控外，還要求逆變器的輸出電壓、功率能夠根據(jù)需要進(jìn)行控制，逆變器輸出電壓控制原理如圖22所示。ACDCAC交流調(diào)壓不控整流逆變電路負(fù)載(a) 交流調(diào)壓不控整

25、流方式f1=50Hzf1f2逆變電路逆變電路PWM逆變電路負(fù)載負(fù)載負(fù)載斬波電路可控整流不控整流不控整流DCACf2f1=50Hz(b) 可控整流調(diào)壓方式ACDCDCf1=50Hzf2（c）斬波調(diào)壓方式DCAC(d) PWM方式f1=50Hz圖22 逆變器輸出電壓控制方式其中圖22（a）為交流調(diào)壓不控整流方式，逆變電路僅改變輸出頻率，輸出電壓的改變通過改變直流供電電壓來實(shí)現(xiàn)，而直流電壓的改變則由調(diào)整交流電壓的方式來實(shí)現(xiàn)。圖22（b）為可控整流調(diào)壓方式，用可控整流電路改變供給逆變電路的直流電壓實(shí)現(xiàn)控制逆變電路輸出電壓的目的。圖22（c）斬波調(diào)壓方式，在整流后通過斬波電路來改變供給逆變電路的直流電壓

26、。圖22（d）為脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式。它的調(diào)壓、調(diào)頻均由逆變電路完成，是一種比較理想的方式。前三種方式的逆變電路僅負(fù)責(zé)頻率的改變，自身電路均不負(fù)責(zé)輸出電壓的調(diào)節(jié)。另外，前面介紹的逆變電路輸出電壓或電流的波形近似為矩形波，其中含有大量諧波成分，而一般希望輸出電壓為正弦波，諧波含量越少越好，采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式可以比較方便地實(shí)現(xiàn)這一目的。綜上所述PWM控制方式的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中逆變器的控制方式將采用PWM控制方式。2.4 PWM波形的基本原理在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同

27、，指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如把各輸出波形用傅式變換分析，則其低頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。例如圖23a、b、c所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同，圖23a為矩形脈沖，圖21b為三角形脈沖，圖23c為正弦半波脈沖，但它們的面積（即沖量）都等于l，那么，當(dāng)他們分別加在具有慣性的同一個(gè)環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。脈沖越窄，其輸出的差異越小。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D23d的單位脈沖函數(shù)（t）時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。 00ttf(t)0t0t(t)f(t)f(t)f(t)圖23形狀不同而沖量相同的各種脈沖(a)(b)(c)(d) 上述結(jié)論是PWM控制的重要理論基礎(chǔ)。下面分析如何用一系列等幅

28、而不等寬的脈沖代替一個(gè)正弦半波，把圖24a所示的正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于/N，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（沖量）相等，就得到圖24b所示的脈沖序列。這就是PWM波形?？梢钥闯?，各脈沖的寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。像這種脈沖的寬度按正弦

29、規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM（Sinusoidal PWM）波形。在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可。以上介紹的是PWM控制的基本原理，按照上述原理，在給出了正弦波頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，PWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。 a)b)uutt圖24 PWM控制的基本原理示意圖但是，這種計(jì)算是很繁瑣的，正弦波的頻率、幅值變化時(shí)，結(jié)果都要變化。較為實(shí)用的方法是采用調(diào)制的方法，即把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制

30、的信號(hào)作為載波，通過對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角形作為載波，因?yàn)榈妊切紊舷聦挾扰c高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱，當(dāng)它與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)制信號(hào)波形相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。一般根據(jù)三角波載波在半個(gè)周期內(nèi)方向的變化，又可以分為兩種情況。三角波載波在半個(gè)周期內(nèi)的方向只在一個(gè)方向變化，所得到的PWM波形也只在一個(gè)方向變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式，如圖25所示。如果三角波載波在半個(gè)周期內(nèi)的方向是在正負(fù)兩個(gè)方向變化的，所得到的PWM波形

31、也是在兩個(gè)方向變化的，這時(shí)稱為雙極性PWM控制方式，如圖26所示。UduUdtt00圖2-5單極性PWM控制方式原理UcUrUoUofUdUrU00tt圖2-6 雙極性PWM控制方式原理UcUdU0Uof2.5 PWM型逆變電路的控制方式在PWM逆變電路中，載波頻與調(diào)制信號(hào)頻率之比。根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM逆變電路可以有異步調(diào)制和同步調(diào)制兩種控制方式。（1）異步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步關(guān)系的調(diào)制方式稱為異步方式。在異步調(diào)制方式中，調(diào)制信號(hào)頻率變化時(shí)，通常保持載波頻率固定不變，因而載波比N是變化的。這樣，在調(diào)制信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)，輸出脈沖的個(gè)數(shù)不固定，脈沖相位也不

32、固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，同時(shí)，半周期內(nèi)前后周期的脈沖也不對(duì)稱。當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率較低時(shí)，載波比N較大，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對(duì)稱和半周期內(nèi)前后周期脈沖不對(duì)稱的影響都較小，輸出波形接近正弦波。當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率增高時(shí)，載波比N就減小，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，輸出脈沖的不對(duì)稱性影響就變大，還會(huì)出現(xiàn)脈沖的跳動(dòng)，同時(shí)輸出波形和正弦波之間的差異就變大，電路輸出特性變壞。因此，在采用異步調(diào)制方式時(shí)，希望盡量提高載波頻率，以使在調(diào)制信號(hào)頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比，改善輸出特性。（2）同步調(diào)制載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式稱為同步調(diào)制。在基本同步調(diào)制方式中，

33、調(diào)制信號(hào)頻率變化時(shí)載波比N不變。調(diào)制信號(hào)半個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。2.6 SPWM波形的生成方法 正弦脈沖寬度調(diào)制波產(chǎn)生的方法大體上說有三種：一種是采用模擬電路產(chǎn)生；一種是采用專用集成電路產(chǎn)生；另一種是由微型計(jì)算機(jī)直接產(chǎn)生。（1）采用模擬電路生成SPWM波形按照SPWM產(chǎn)生的原理，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，比較器來確定她們的交點(diǎn)，在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)功率開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成SPWM波形。這種方法的實(shí)時(shí)性好，但其電路復(fù)雜、可靠性低，靈活性差，輸出波形優(yōu)化困難。（2）直接采用專用集成電路產(chǎn)生SPWM波形采用集成電路產(chǎn)生SPWM波的方法簡單可靠

34、，方便易行。目前許多廠商都開發(fā)研制了多種類型的專門產(chǎn)生單相或三相SPWM信號(hào)的集成電路，例如應(yīng)用極為廣泛的單相PWM發(fā)生器集成電路TL494和SG3524等；以及用于三相SPWM的專用集成電路HEF4752和SLE4520等，采用集成芯片可以簡化硬件電路，降低成本，提高可靠性。（3）采用微處理器的SPWM波形控制SPWM波形的生成和控制也常采用微機(jī)來實(shí)現(xiàn)。采用軟件來生成SPWM波形的基本算法有自然采樣法、規(guī)則采樣法、低次諧波消去法。第3章 集成觸發(fā)器的電源逆變器的硬件部分設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)組成圖31示出了系統(tǒng)主電路和控制電路框圖。交流輸入電壓經(jīng)過共模抑制環(huán)節(jié)后，再經(jīng)過工頻變壓器降壓，然后整流得到一

35、個(gè)直流電壓，此電壓經(jīng)過Boost電路進(jìn)行升壓，在直流環(huán)上得到一個(gè)符合要求的直流電壓350V（50Hz/220V交流輸出時(shí)）。DCAC變換電路采用全橋變換電路。為保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，防止主電路對(duì)控制電路的干擾，采用主、控電路完全隔離的方法，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)中用光藕隔離，反饋信號(hào)用變壓器隔離，輔助電源用變壓器隔離。過流保護(hù)電路采用電流互感器作為電流檢測(cè)器件，其具有足夠的響應(yīng)速度，能夠在IGBT允許的過流時(shí)間內(nèi)將其關(guān)斷。（圖附加在論文后面）3.2構(gòu)成主電路的變換器介紹電源一般要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能符合使用的需要。例如，交流轉(zhuǎn)換為直流，或高電壓變成低電壓，大功率中取小功率，粗電轉(zhuǎn)換為精電等。按照電力電子的習(xí)慣稱謂，D

36、CDC（理解成DC轉(zhuǎn)換為DC，DC表示直流電）是把一種直流電壓變換為另一種直流電壓。常用一個(gè)半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，使帶有濾波器的負(fù)載線路與直流電壓一會(huì)相接，一會(huì)斷開，則負(fù)載上得到另一個(gè)直流電壓。DCAC以理解成DC轉(zhuǎn)換為AC，（AC表示交流電）稱為逆變，它是把直流電轉(zhuǎn)換為交流電。1、Boost變換器電路原理Boost變換器的別名又叫升壓變換器、并聯(lián)開關(guān)電路或開關(guān)型升壓穩(wěn)壓器。線路如圖32所示由開關(guān)S、電感L、電容C組成。完成把電壓Vs升壓到Vo的功能。用于將直流電源電壓變換為高于其值的直流電壓，實(shí)現(xiàn)能量從低壓向高壓側(cè)負(fù)載的傳遞，如電池供電設(shè)備中的升壓電路、液晶背光電源等。Boost電路的工作

37、過程是：當(dāng)開關(guān)S在位置A時(shí)，如圖33（a）電流iL流過電感線圈L，在電感線圈未飽和前，電流線性增加，電能以磁能形式儲(chǔ)在電感線圈L中。此時(shí)，電容C放電，R上流過電流I0，R兩端為輸出電壓V0，極性上正下負(fù)。由于開關(guān)管導(dǎo)通，二極管陽極接Vs負(fù)極，二極管承受反壓狀態(tài)。所以電容不能通過開關(guān)管放電。開關(guān)S轉(zhuǎn)換位置到B時(shí)，構(gòu)成電路如圖33（b），由于線圈中的磁場(chǎng)將改變線圈L兩端的電壓極性，以保持iL不變。這樣線圈L磁能轉(zhuǎn)化成的電壓VL與電源VS串聯(lián)，以高于V0電壓向電容C、負(fù)載R供電。高于V0時(shí)，電容有充電電流;等于V0時(shí)，充電電流為零;當(dāng)V0有降低趨勢(shì)時(shí)，電容向負(fù)載R放電，維持V0不變。LBI0RV0+

38、-iLVS+ASiTCV1(a)+(b)RV0+-iLVSLCTD+D1圖32 （a）Boost電路原理圖（b）由晶體管和二極管組成的Boost電路LC+-V0RI0iL(a)+C+-V0RI0iLL(b)+VSVS圖33 Boost變換器電路工作過程基本輸入、輸出電壓關(guān)系式的推導(dǎo)。設(shè)開關(guān)動(dòng)作周期為Ts，D1接通時(shí)間占比，D2為斷開時(shí)間占空比，它們各自小于1，連續(xù)狀態(tài)時(shí)D1+D2=l。則閉合時(shí)為T1=D1TS，斷開時(shí)間為T2=D2Ts。在輸入輸出電壓不變前提下，當(dāng)開關(guān)S在圖32a位置時(shí)，iL線性上升，其增益為: （31）開關(guān)在32（a）B位置時(shí)，iL線性下降，其增益為: （32）由于穩(wěn)態(tài)時(shí)這兩

39、個(gè)電流變化量絕對(duì)值相等,所以 化簡得： （33）下面畫出Boost電路連續(xù)工作是的波形圖如圖34所示：iTiLI2I100V0ttttontontofftoffT圖34 Boost電路的電壓與電流波形2、絕緣柵雙極晶體管IGBT的介紹IGBT是由電力GTR和電力MOSFET取長補(bǔ)短結(jié)合而成的雙機(jī)理復(fù)合器件，20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)，1986年投入應(yīng)用并迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。IGBT作為電力GTR和電力MOSFET的復(fù)合器件，將單極型和雙極型器件的各自優(yōu)點(diǎn)集于一身，揚(yáng)長避短，特性更加優(yōu)越，既具有輸入阻抗高、工作速度快、熱穩(wěn)定性好、驅(qū)動(dòng)電路簡單、驅(qū)動(dòng)功率小等特點(diǎn)，又具有通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、電流容量大等特

40、點(diǎn)。C-GE+-VJ1IDIDICRNRonEGC圖35 IGBT的簡化等效電路和電氣圖形符號(hào)一、IGBT工作原理：它與電力MOSFET基本相同，是一種場(chǎng)控器件，其開通和關(guān)斷由門射極電壓UGE決定，即：（1）當(dāng)UGE大于開啟電壓UT時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。由于PN結(jié)J1的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使IGBT的通態(tài)壓降比MOSFET更小。（2）當(dāng)門射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得IGBT關(guān)斷。（3）當(dāng)UCE為負(fù)時(shí)，J1結(jié)處于反向偏置，類似于反偏二極管，器件呈反向阻斷狀態(tài)。說明IGBT具有反向阻斷能力。二、IGBT的

41、擎住效應(yīng) IGBT結(jié)構(gòu)中寄生著一個(gè)由N-PN+晶體管和作為主開關(guān)器件P+N-P型晶體管組成PNPN四層結(jié)構(gòu)，即存在寄生晶體管，其等效電路圖如下。在NPN型晶體管的基極與發(fā)射極之間有一個(gè)體區(qū)電阻Rbr，在該電阻上，P區(qū)的橫向電流會(huì)產(chǎn)生一定壓降，對(duì)NPN型晶體管來說，相當(dāng)于在基極加一個(gè)正向偏置電壓。在規(guī)定的集電極電流范圍內(nèi)，這個(gè)正偏壓不大，NPN型晶體管不起作用。當(dāng)集電極電流大到一定程度時(shí)，這個(gè)正偏置電壓足以使NPN型晶體管導(dǎo)通，進(jìn)而使NPN型和PNP型晶體管互鎖，進(jìn)入飽和狀態(tài)，于是寄生晶閘管開通，門極失去控制作用，這就是擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)。發(fā)生擎住效應(yīng)后，集電極電流增大造成過高的功耗，導(dǎo)致器件損

42、壞。CGEPNPNPNRdrRbr圖36 IGBT的寄生晶閘管等效電路產(chǎn)生擎住效應(yīng)有如下原因：（1）集電極電流有一個(gè)臨界值ICM,集電極通態(tài)連續(xù)電流大于此值后IGBT即會(huì)產(chǎn)生擎住效應(yīng)。這種現(xiàn)象稱為靜態(tài)擎住效應(yīng)。（2）IGBT在關(guān)斷時(shí)，內(nèi)部MOSFET的關(guān)斷十分迅速，IGBT總電流很快下降，在主電路的分布電感上會(huì)產(chǎn)生很高的電壓加在IGBT的集射極上，使IGBT承受很高的電壓上升率，在該電壓上升率在IGBT的J2結(jié)電容上產(chǎn)生充電電流。當(dāng)位移電流流過電阻Rb時(shí)，可產(chǎn)生足以使NPN型晶體管開通的正向偏置電壓，使寄生晶閘管滿足開通的條件而產(chǎn)生擎住現(xiàn)象。這種現(xiàn)象被稱為動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)。（3）溫度升高也會(huì)加重I

43、GBT發(fā)生擎住現(xiàn)象的危險(xiǎn)。為避免IGBT發(fā)生擎住現(xiàn)象，設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)保證IGBT中的電流不超過ICM值；其次可用加大門極電阻RG的辦法延長IGBT的關(guān)斷時(shí)間，減小關(guān)斷。3.3 集成觸發(fā)器的電源逆變器的主電路1、主電路拓?fù)渲麟娐返耐負(fù)淙鐖D3-7所示。此主電路由以下幾個(gè)環(huán)節(jié)組成，共模抑制環(huán)節(jié)，工頻變壓器，整流電路，限流電路，Boost升壓電路，橋式逆變電路和濾波電路。AC輸出輸入圖3-7主電路拓?fù)涔材Ｒ种乒ゎl變壓器C1D5C2FD7D8D6RfR1R2D2D1D3D4D9T1T2T4T3T5C4L1L2C3C512整流電路限流電路Boost升壓電路橋式逆變電路J2、主電路工作過程輸入電壓通過共模抑制

44、環(huán)節(jié)，去掉高頻燥聲，然后工頻變壓器降壓。變壓器降壓后的電壓經(jīng)整流電路得到一個(gè)直流電壓，此直流電壓的數(shù)值大概為150V，要注意的是整流后的直流電壓要先經(jīng)過限流電路，以防止剛開始給電容充電時(shí)沖擊電流過大會(huì)減短電容C3的使用壽命（有時(shí)甚至被損壞）。同時(shí)，此直流電壓作為Boost電路的輸入，經(jīng)Boost電路升壓后得到的直流環(huán)電壓大概為315伏，此電壓經(jīng)橋式逆變電路，得到一系列的脈沖寬度不同的、幅值一樣的方波（即以正弦波為基波的SPWM波），然后在經(jīng)過輸出濾波環(huán)節(jié)，則可得到符合要求的交流輸出電壓（220V/50Hz）。3、主電路參數(shù)設(shè)計(jì)（1）共模抑制環(huán)節(jié)交流電網(wǎng)是電子設(shè)備的主要干擾源，絕大部分干擾均由此

45、串入到電子設(shè)備中。傳統(tǒng)做法是電源變壓器加屏蔽、次級(jí)繞組加旁路電容、接地等來解決。對(duì)于某些精密系統(tǒng)和屏蔽室電源而言，除以上措施外，還要在交流電源輸入端加高頻扼流圈和旁路電容（見圖38）。該電感（L1、L2）不能加磁芯（以免飽和），而線徑要選得較粗。此外，繞組排列也不能太密集，否則，線間分布電容L1L2會(huì)形成高頻通道。L1、L2一般只能做到幾十微亨，對(duì)高頻噪聲阻流作用不強(qiáng)。若在某些精密系統(tǒng)和屏蔽室交流電源輸入端串聯(lián)兩只空心電感來增加抗干擾能力，它們的體積一般很大，這對(duì)中小型設(shè)備是不實(shí)用的。交流220V輸入L1C0C1C2L1L2C0L2交流220V輸入ABDC輸出圖38傳統(tǒng)扼流圈原理圖圖39電路原

46、理圖 本電源采用如下方法解決:把兩個(gè)線圈L1和L2都繞在同一只磁環(huán)上，兩組線圈匝數(shù)相同，線間排列均勻一致，繞組繞向如圖3-9所示。用MX0-200018×8×5（單位為：mm）的磁環(huán)作磁芯。L1和L2繞組各繞70圈，導(dǎo)線線徑為0.6mm,電感量為6.6毫亨線圈外部用屏蔽層封裝，交流電源從同名端A、B輸入，從另兩端C、D送出至電子設(shè)備。由于輸入電流通過兩繞組所產(chǎn)生的內(nèi)磁通是互相抵消的，磁芯不會(huì)飽和，而加入高導(dǎo)磁磁芯后，電感量大大提高（可很方便的做到毫亨級(jí)），抑制干擾能力大大增強(qiáng)。當(dāng)然，兩跟電源線上的差分干擾信號(hào)在磁芯內(nèi)所產(chǎn)生的磁通并不能互相抵消，但這類信號(hào)絕大部分被電容C旁路

47、（C1為0.33uF, C2為0.47uF ），危害不大。對(duì)于其它干擾信號(hào)（如共模信號(hào)），由于自感電勢(shì)和互感電勢(shì)是相同的，如同接入高阻抗器件，故能起到普通高頻扼流圈的作用。（2）整流電路中二極管的選擇 在單相橋式整流電路中，因?yàn)槊恐欢O管只在變壓器副邊的半個(gè)周期通過電流，所以每只二極管的平均電流只有負(fù)載電阻上電流平均值的一半，即： 二極管承受的最大反向電壓： 考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為10%，在實(shí)際選用二極管是，應(yīng)至少有10%的余量，選擇最大整流電流IF和最高反向工作電壓UR分別為： 所以設(shè)計(jì)整流電路中的二極管將采用1N4007（3）限流電路設(shè)計(jì)由圖37可知，整流電路先經(jīng)過10的陶瓷電阻Rf

48、給電容幾充電，當(dāng)C3的電壓上升到某一值時(shí)會(huì)使接觸器的觸點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)生改變。在本次設(shè)計(jì)中，R1=11，R2=1，UC3=60V，此時(shí)，節(jié)點(diǎn)2出的電壓U2為: 如圖310所示，由于U2為5V，即運(yùn)算放大器OP1的輸入為5V。又運(yùn)算放大器的接法是射級(jí)跟隨器形式，故其輸出電壓UOUT1=5V。這個(gè)電壓足以使光藕6N136導(dǎo)通，并且6N136中的晶體管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，晶體管的集電極電壓UC=15V0.7V=14.3V，又OP2的接法為射級(jí)跟隨器形式，故其輸出電壓UOUT2=14.3V。0P2的輸出接到節(jié)點(diǎn)1,節(jié)點(diǎn)1直接接到繼電器的線包，故繼電器的工作狀態(tài)發(fā)生改變，常開觸點(diǎn)變?yōu)槌ｉ]觸點(diǎn)，常閉觸點(diǎn)變?yōu)槌ｉ_觸

49、點(diǎn)，由圖310可知，此時(shí)給C3充電的支路已不經(jīng)過限流電阻Rf ，而是由另一條支路直接充電。1圖310限流電路控制原理圖+15VOP22+-OP1R1R2R3電容C3的參數(shù)選擇:設(shè)網(wǎng)側(cè)的電壓為220V/50Hz，則經(jīng)過變壓器降壓后的電壓為90V/50Hz，它的瞬時(shí)值電壓形式為: 此電壓經(jīng)過整流器后的瞬時(shí)電壓為: 由上式可知，給C3充電的峰值電壓為127V，考慮到一定的裕量可選擇電容的電壓等級(jí)為200V。綜合考慮，選用了電壓等級(jí)為200V，電容值為1000uF的電解電容。3.4 集成觸發(fā)器的電源逆變器的控制電路1、輔助電源設(shè)計(jì)小型直流穩(wěn)壓電源在當(dāng)前眾多的電子設(shè)備中是用途最廣、用量最多的一種。本次設(shè)

50、計(jì)的逆變電源同樣也不例外。輔助電源設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖如下圖311所示: 7805+15V+20V78207820782078157915圖311輔助電源結(jié)構(gòu)圖7V17V17V22V22V22VD1D2D3D4D5D6Ca1+Cb1Cc1Cd1Ce1Cf1Ca2Cb2Cc2Cd2Ce2Cf2Cf3Ce3Cd3Cc3Cb3Ca3+5V-15V+20V+20V220V輔助電源主要由一個(gè)多組抽頭的變壓器、6個(gè)集成橋塊及6個(gè)三端固定穩(wěn)壓集成塊（7805、7815及7915各一塊，7820三塊）。變壓器的原邊接主電路共模抑制環(huán)節(jié)的輸出端。副邊輸出6組電壓，分別為7V、17V及22V三個(gè)等級(jí)。這6組電壓分別經(jīng)過橋

51、式整流電路、濾波電路后輸出到三端固定集成穩(wěn)壓芯片。然后從集成穩(wěn)壓芯片輸出端就能得到符合要求的直流工作電壓。其中+5V用來共給74LS08和74LS05。士15V電壓用來共給ICL8038及兩片SG3524集成芯片做工作電壓。三組+20V電壓用來共給主電路中5個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)電路做工作電壓的，橋式電路的上面兩個(gè)IGBT（T1,T2）各用一組，剩下的一組用來供給Boost電路中的開關(guān)（T5）和橋式電路下面的兩個(gè)IGBT（T3, T4），這樣使用的目的是為了使驅(qū)動(dòng)電路不互相共地，減少彼此間的干擾。2、控制電路框圖控制電路的框圖如圖312所示。精密全波整流加法器分相及EXB840驅(qū)動(dòng)比較器SG3524

52、脈寬調(diào)制器1V基準(zhǔn)uauaucubudueufug圖312控制電路框圖正弦波信號(hào)發(fā)生電路3、控制電路工作過程由圖312可知，由正弦波信號(hào)（由集成芯片ICL8038產(chǎn)生）發(fā)生電路產(chǎn)生的正弦信號(hào)分兩路，一路到精密全波整流電路，經(jīng)過精密全波整流后，產(chǎn)生饅頭波，此饅頭波再與帶有1V基準(zhǔn)的加法器相加，得到幅值抬高了的饅頭波，即ud使其控制在1V3.6V范圍內(nèi)。ud再輸入到集成芯片SG3524，然后產(chǎn)生一系列經(jīng)過脈沖寬度不等、幅值相等的矩形波，即經(jīng)過調(diào)制后的SPWM波。另一路正弦信號(hào)到比較器，經(jīng)過比較器后，產(chǎn)生正負(fù)半波對(duì)稱的方波，此方波和前面產(chǎn)生的SPWM波共同輸入到分相電路，然后產(chǎn)生兩路只在每個(gè)半周期內(nèi)具有SPWM波的信號(hào)uf和ug,再用uf和ug來分別驅(qū)動(dòng)橋式電路的兩對(duì)對(duì)角臂上的IGBT。4、SG3524、IL8038和EXB840芯片介紹一、SG3524芯片SG3524是一種應(yīng)用極為廣泛的PWM波形發(fā)生器集成電路，最先由美國硅通公司（Si