单向逆变器的设计

-1-目录摘要........................................................................31概述及设计要求............................................................41.1概述.................................................................41.2设计要求............................................................42总体设计方案介绍及原理框图................................................52.1方案概述............................................................52.2逆变电路及换流原理介绍..............................................52.3电压型逆变电路的特点及主要类型......................................52.4系统原理框图........................................................63各电路模块设计............................................................73.1逆变电路的主电路设计................................................73.2驱动电路设计........................................................73.2.1MOSFET介绍....................................................73.2.2SG3524及IR2110芯片介绍.......................................83.3保护电路设计........................................................104参数计算.................................................................125心得体会.................................................................13参考文献...................................................................14-2-摘要本系统是根据无源逆变的实用原理，采用单相全桥逆变电路工作方式，实现把直流电源（48v）转换成交流电（1KVA220V）。在本设计电路中，将48V直流电压经逆变器转变为交流电压，再由工频变压器升压，最后通过低频滤波器滤波实现输出为220V的交流电压。thissystemisaccordingtothepracticalprinciplepassiveinverter,single-phasebridgeinvertercircuitsworkmethod,realizethedcpowersupply(48v)convertalternatingcurrent(1KVA220v).Inthiscircuitdesign,48Vdcvoltageinverterintotheacvoltage,againbyindustrialfrequencytransformerbooster,finallythroughthelowfrequencyfiltersfilterrealizeoutputfor220Vacvoltage.关键字：单相、全桥、逆变、升压、滤波-3-1概述及设计要求1.1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。逆变器的日常用途1.汽车上的逆变器所获得的220V电，是220V50HZ，高档点的是正弦波的，便宜的一般是方波的。正弦波的那种和接插座上用的电，是一样的，而方波的其实也可以用，只不过如果用风扇等有电机的设备，会有一些噪音，之所以用方波，就是因为这种调制方式成本比较低。2.接笔记本，电视，碟机之类的东西，只要在他的额定功率下使用，都没问题。但是需要注意他是接在汽车蓄电池上的，虽然他一般都是11V就自动保护断电，避免电压过低导致车无法启动，但是还是不适宜在引擎不运转的情况下用，所以如果用负载比较大，还是建议启动引擎。如果是给手机充电道没什么问题。3.电动车上，有一个叫DC-DC的模块，他也叫直流转换器，这个模块输入48V，输出12V，那么你只要购买一个12V输入的车载逆变器就可以使用。当然若你能买到48V输入的逆变器更好，但估计很难买到而且，这个模块一般只能提供5A电流，最多不过10A，而且车灯什么的也要用，所以很容易过载，建议，如果可以，多买一个直流转换器，这个转换器专门给你那逆变器供电，然后如果直流转换器只能提供5A，那么逆变器输入就应当小于5A，否则可能会损坏那模块，当然有一些直流转换器电流是很大的，如果修车的地方没有，可以到一些电器店或叫他们修理的给你进一个大电流的，或者多个直流转换器并联也可以，总之，不要让他过载就可以。1.2设计要求要求设计一个输入为48V直流电压，输出容量为1KVA，输出电压为220V单相交流电的逆变器。-4-2总体设计方案介绍及原理框图2.1方案概述本次课程设计的主要目标，是设计一个单相桥式逆变电路，且本设计采用电压型逆变器，同时要设计相应的触发电路和过电流过电压保护电路。根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路模型，在日常生活中有着广泛的应用。它的电路结构主要是由四个桥臂组成，其中每个桥臂都有一个全控器件MOSFET的导通控制需要触发电路，通过资料的查询，找到相关的触发电路，从中进行选择，最终确定方案。可以用芯片SG3524及IR2110进行触发，使换流能够实行。最后设置过电压过电流保护电路，通过查询资料，连出电路图，将触发电路接入，设置参数，根据设置的参数进行计算。2.2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。2.3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。-5-3）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。最常见的是三相桥式逆变电路。2.4系统原理框图系统原理框图如下图1所示：图1系统原理框图48VDC供电逆变主电路工频变压器滤波器220VAC触发电路保护电路-6-3各电路模块设计3.1逆变电路的主电路设计在本次设计中，主要采用单相全桥式逆变电路作为设计的电路。其主电路结构图如下图2所示：图2单相全桥逆变电路主电路及升压结构图如上图2所示，单相全桥逆变电路主电路主要有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。其中桥臂1、4为一对，桥臂2、3为一对。每个桥臂有一个可控器件MOSFET以及一个反并联的二极管组成。在直流侧接有足够大的电容，负载接在桥臂之间。它的具体工作过程如下：舍最初时刻t1时，给MOSFETQ1、Q4触发信号，使其导通。则电流流过桥臂1，负载。桥臂4构成一个导通回路。当t2时刻时，给Q2、Q3触发信号，给Q1、Q4关断信号。但由于负载电感较大，通过它的电流不能突变，所以二极管D2，D3导通进行续流。当电流逐渐减小为0，桥臂1、4关断，桥臂2、3导通，构成一个回路，从而实现换流。3.2驱动电路设计3.2.1MOSFET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-7-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，当栅极接正电压时，由于电荷感应，在P区感应出电子，电子的累积便形成N沟道。源极S和漏极D之间便产生了电流。因此，栅极G上的电压的大小，决定了源极S与漏极D之间的电流大小。N+GSDP沟道b)N+N-SGDPPN+N+N+沟道a)GSDN沟道图1-19图3MOFET结构图和电气图3.2.2SG3524及IR2110芯片介绍PWM控制电路芯片SG3524，是一种电压型开关电源集成控制器，具有输出限流，开关频率可调，误差放大，脉宽调制比较器和关断电路，其产生PWM方波所需的外围线路很简单。当脚11与脚14并联使用时，输出脉冲的占空比为0～95%，脉冲频率等于振荡器频率的1/2。当脚10（关断端）加高电平时，可实现对输出脉冲的封锁，与外电路自带的元素按放大器调节其输出的驱动波形的占空比D，使D50%，然后经过CD4011反向后，得到对管的驱动波形的D50%，这样可以保证两组开关管驱动时，有共同的死区时间。图4SG3524引脚图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的最优驱动，同时还具有快速完整的保护功能，因而它可以提高控制系-8-统的可靠性，减少电路的复杂程度。IR2110引脚图如下图：图5IR2110引脚图（引脚1）:低端输出COM（引脚2）:公共端Vcc（引脚3）:低端固定电源电压Nc（引脚4）:空端Vs（引脚5）:高端浮置电源偏移电压VB(引脚6):高端浮置电源电压HO（引脚7）:高端输出Nc（引脚8）:空端VDD（引脚9）:逻辑电源电压HIN（引脚10）:逻辑高端输入SD（引脚11）:关断LIN（引脚12）:逻辑低端输入Vss（引脚13）:逻辑电路地电位端，其值可以为0VNc（引脚14）:空端IR2110的特点：（1）具有独立的低端和高端输入通道。-9-（2）悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V。（3）输出的电源端（脚3）的电压范围为10—20V。（4）逻辑电源的输入范围（脚9）5—15V，可方便的与TTL，CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率电源地之间允许有V的便移量。（5）工作频率高，可达500KHz。（6）开通、关断延迟