单相桥式逆变器-毕业设计

目录中文摘要...........................................................1英文摘要...........................................................21引言.............................................................32PWM波形工作原理.................................................42.1PWM波形的基本原理............................................42.2PWM型逆变电路的控制方式......................................62.3SPWM波形的生成方法...........................................73单相正弦脉宽调制逆变电源的组成及工作原理.........................83.1系统组成......................................................83.2工作原理......................................................83.2.1Boost变换器电路原理.......................................93.2.2桥式逆变器基本原理..........................................104主电路及控制电路设计............................................114.1主电路拓扑及工作过程..........................................114.2主电路参数设..................................................114.3控制电路设计..................................................154.3.1控制电路框图................................................154.3.2控制电路工作过程............................................154.3.3SG3524与ICL8038芯片介绍...................................164.3.4控制电路参数设计............................................185辅助电源设计....................................................236本文主要工作总结................................................25致谢.............................................................26参考文献.......................................................271摘要：现代开关电源分为直流开关电源和交流开关电源两类，前者输出质量较高的直流电，后者输出质量较高的交流电。本文设计的小功率单相桥式逆变器电源属于交流电源（即AC—DC—AC）。采用电压反馈控制，通过中断功率通量和调节占空比的方法来改变驱动电压脉冲宽度来调整和稳定输出电压。其中主电路构成是用Boost升压电压和全桥电路的组合。控制电路采用了2片集成脉宽调制电路芯片，一片用来产生PWM波，另一片与正弦函数发生芯片做适当的连接来产生SPWM波，集成芯片比分立元器件控制电路具有更简单，更可靠的特点和易于调试的优点。本文分析了逆变器的设计过程中器件选择，工作原理以及工作过程，并给出了计算过程中的重要公式。关键词：逆变器SPWM波单相桥式2Abstract：Themodernswitchpowersupplyisdividedintothedirectcurrentswitchpowersupplyandtheexchangesswitchpowersupply,theformeroutputshigherqualityofdirectcurrent,thelatteroutputshigherqualityofalternatecurrent.Thistextintroduceasmallpowersingle-phasebridgeconverter,isakindofACpower(namelyAC-DC-AC).Usingthevoltagefeedbackcontrol,breakingoffthepowerfluxandregulatingamethodofsharetheemptyratiotochangetodrivingvoltagepulse’widthtoadjusttheoutputvoltage.Amongthem,themaincircuitiscomposingoftheBoostcircuitandthewhole-bridgecircuit.Thecontrolcircuitadoptedtwoslicesofintegratedveinbreadthschip2,theoneisusedtoproducePWMwave,theotherwiththesinefunctionoccurrencechipdotoproduceSPWMwave,theintegrationchipissamplethanthesinglecomponent,moredependableandeasytoadjust.Thistextanalyzedthesparepartchoiceofconverter,theworkprincipleandtheworkprocess,andgavetheimportantformulaofthecalculationprocess.Keywords：converterSPWMwavesingle-phasebridge31引言电源有如人体的心脏，是所有电设备的动力。但电源却不像心脏那样形式单一。因为，标志电源特性的参数有功率，电压，频率，噪声及带负载时参数的变化等等；在同一参数要求下，又有体积、重量、形式、效率、可靠性等指标，人可按此去“塑造”和完美电源，因此电源的形式是多种多样的。逆变器的脉宽调制(PWM)技术早在晶闸管时代就己经出现了，正弦脉宽调制(SPWM)在全控型器件出现以后得到了迅速的发展，这种技术是用一种参考波(通常是正弦波，有时也用阶梯波或方波等)为“调制波”，而以N倍于调制波频率的正三角波或锯齿波为“载波”。由于正三角波或锯齿波的上下宽度是线性变化的波形，因此它与调制波相交时，就可以得到一组幅值相等，而宽度正比于调制波函数值的矩形脉冲序列来等效调制波。用开关量取代模拟量，并通过对逆变器开关管的通断控制，把直流电变成交流电。因为,当调制波为正弦波时，输出矩形脉冲序列的脉冲宽度按正弦函数规律变化.因此，这种调制技术通常又称为正弦脉宽调制(SPWM)技术。尽管PWM控制技术出现的很早，但由于电力电子技术发展初期功率开关器件的开关速度很低而且晶闸管又是半控器件，因此，这一技术一直没有得到很大的发展。PWM技术对逆变技术的发展起了很大的推动作用，它与多重叠加法相比较，有以下显著的优点:1)电路简单，只用一个功率控制级就可以调节输出电压、频率。2)可以使用不控整流桥，使系统对电网的功率因素与逆变器输出电压值无关。3)可以同时进行调频、调压，与中间直流环节的元件参数无关，系统的动态响应速度快。4)可以通过不同的控制策略，以获得更好的波形改善效果。随着大功率高频全控开关器件大量出现，逆变器的PWM控制技术受到了人们的高度重视并且得到了飞速的发展。尤其是昀近几年，微处理器用于实现PWM控制技术后，使得现代控制理论的控制方法能够应用于逆变器的PWM控制，大大提高了现代逆变器的性能42PWM波形工作原理2.1PWM波形的基本原理在采样控制理论中有一个重要的结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，指环节的输出响应波形基本相同。如把各输出波形用傅式变换分析，则其低频段特性非常接近，仅在高频段略有差异。例如图2.la,b,c所示的三个窄脉冲形状不同，图2.la为矩形脉冲，图2.lb为三角形脉冲，图2.1c为正弦半波脉冲，但它们的面积(即冲量)都等于1，那么，当他们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。脉冲越窄，其输出的差异越小。当窄脉冲变为图2.ld的单位脉冲函数δ(t)时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。图2.1形状不同而冲量相同的各种脉冲上述结论是PWM控制的重要理论基础。下面分析如何用一系列等幅而不等宽的脉冲代替一个正弦半波，把图2.2a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个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积(冲量)相等，就得到图2.2b所示的脉冲序列。这就是PWM波形可以看出，各脉冲的宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波5形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称为SPWM(SinusoidalPWM)波形。在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可。以上介绍的是PWM控制的基本原理，按照上述原理，在给出了正弦波频率、幅值和半个周期内的脉冲数后，PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。但是，这种计算是很繁琐的，正弦波的频率、幅值变化时，结果都要变化。较为实用的方法是采用调制的方法，即把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角形作为载波，因为等腰三角形上下宽度与高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波形相交时，如在交点时刻控制电路中开关器件的通断，就可以得到宽度正比于信号波复制的脉冲，这正好符合PWM控制的要求。当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。一般根据三角波载波在半个周期内方向的变化，又可以分为两种情况。三角波载波在半个周期内的方向只在一个方向变化，所得到的PWM波形也只在一个方向变化的控制方式称为单极性PWM控制方式，如图2.3所示。如果三角波载波在半个周期内的方向是在正负两个方向变化的，所得到的PWM波形也是在两个方向变化的，这时称为双极性PWM控制方式，如图2.4所示。图2.2PWM控制的基本原理示意图6图2.3单极性PWM控制方式原理图2.4双极性PWM控制方式原理2.2PWM型逆变电路的控制方式在PWM逆变电路中，载波频率cf与调制信号频率cf之比/crNff=。根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM逆变电路可以有异步调制和同步调制两种控制方式。(一)异步调制载波信号和调制信号不保持同步关系的调制方式称为异步方式。在异步调制方式中，调制信号频率fr变化时，通常保持载波频率fc固定不变，因而载波比N是变化的。这样，在调制信号的半个周期内，输